В рубрику "Регулирование и стандарты" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Часть 2
Разработка частотных планов для комбинированных сетей аналогового и цифрового наземного ТВ-вещания - сложная научная задача, впервые решаемая на РКР-2004/2005
Технические основы разработки частотных планов для комбинированных сетей аналогового и цифрового наземного ТВ-вещания условно можно разделить на две части. Одна из них относится к категории базовой, более долговременной, поскольку включает характеристики аналоговых и цифровых ТВ-систем как для многопрограммного ТВ, так и для ТВЧ-вещания, в том числе для цифрового кинематографа, спектры излучаемых сигналов, обратные интерактивные каналы. Работы по этой части технических основ предшествовали работам по второй части, в основном связанной непосредственно с методами планирования, защитными отношениями, мощностями станций и др.
Остановимся подробнее на рассмотрении базовой составляющей технических основ, связанной с цифровым ТВ-вещанием, поскольку, по-видимому, она представляет интерес для более широкого круга читателей.
Первые документы по цифровому ТВ были разработаны 11 ИК в 1972 году.
Вскоре после XII Пленарной ассамблеи (Нью-Дели, 1970 г.) по просьбе председателя 11 ИК МККР Эрика Эс-пинга (в связи с его болезнью) и в соответствии с п. 792 Конвенции МСЭ на меня как на вице-председателя 11 ИК были возложены функции и.о. председателя 11 ИК. Директор МККР Д. Хербстрайт (J. Herbstreit) поручил мне подготовить отчет о работе комиссии за период 1970-1972 гг., организовать и провести промежуточное собрание этой комиссии в июле 1972 г. (рис. 1).
На этом собрании впервые были приняты важные решения, непосредственно связанные с обсуждаемой темой.
По инициативе Великобритании (Doc. 11/6, 16.11.1971) и Франции (Doc. 11/106, 27.06.1972) предлагалось начать изучение цифрового ТВ, а по инициативе Японии (Doc. 11/31, 17.03.1972) - изучение ТВЧ. Кроме самостоятельного большого значения каждой из этих тем, необходимо подчеркнуть их историческую связь.
Дело в том, что в начале собрания представители делегаций ряда стран не поддерживали решение по изучению ТВЧ, мотивируя свой протест как техническими, так и экономическими доводами.
Так, в аналоговом варианте системы ТВЧ предлагалось более 1000 строк при 60 полях и широкий формат кадра, что требовало ширины радиоканала около 30 МГц. То есть ТВЧ в существующие частотные планы наземного ТВ-вещания никак не укладывалось. Кроме того, по мнению возражающих, в то время экономические приоритеты должны были остаться за начавшимся в 1970-х гг. широким внедрением цветного ТВ. Поэтому, учитывая рыночные условия, пропаганда системы ТВЧ, в которой строки на изображении почти не видны (большой прямоугольный экран и другие преимущества) считалась преждевременной. С другой стороны, при очевидных преимуществах цифрового телевидения, на том этапе оно также не могло использоваться непосредственно для вещания, так как передавалось на высоких скоростях и требовало еще более широких полос.
Опыт частотного планирования и, в первую очередь, опыт "Стокгольм-61", убедил автора статьи в том, что частотное обеспечение любой новой радиосистемы является важнейшим показателем реальности ее внедрения и что необходимо исключительно бережно относиться к частотным планам, созданным с большим трудом. Исходя из этого, представлялось целесообразным предложить участникам собрания придерживаться положения о том, что консенсус требуется искать именно в указанной сфере. Для первого дебюта и.о. председателя 11 ИК это могло оказаться рискованным, но я был твердо убежден, что в сложившейся обстановке альтернативы нет.
Очевидно, что нельзя было отказать ни делегациям, предложившим приступить к изучению цифрового ТВ, ни японской делегации, представляющей новую перспективную технологию, поэтому и.о. Председателя 11 ИК предложил поиск согласованного решения, условившись о следующем: поскольку ни сигналы ТВЧ, ни сигналы стандартных систем цифрового ТВ не укладывались в полосы частот используемых ТВ-радиоканалов, необходимо приступить к решению этой задачи путем уменьшения скорости передачи цифрового ТВ-сигнала. 11 ИК впервые принимает предлагаемую исследовательскую программу по цифровой компрессии ТВ-сигналов (рис. 2). При этом предполагалось, что только благодаря эффективности цифрового кодирования в итоге удастся решить задачу коренного сокращения спектра, требуемого для передачи ТВЧ в стандартных радиоканалах цветного ТВ, чего не удавалось добиться без потери качества изображения при аналоговых методах. Но на это потребуется не один год. К тому времени разовьется и стабилизируется рынок цветного ТВ-вещания и появятся предпосылки для постановки вопроса о внедрении ТВЧ. На этой основе удалось консолидировать обе стороны и принять новые решения по изучению ТВЧ и цифрового ТВ.
Так что уже при одновременном старте в 1972 г. изучений 11 ИК цифрового ТВ и ТВЧ - важнейших новых направлений ТВ-вещания - была заложена развитая в дальнейшем концепция сохранения существующих частотных планов и принята программа решения этой задачи с использованием цифровых методов. Итак, основным препятствием для продвижения в новую, цифровую фазу развития стала ширина полосы спектра, необходимого для передачи цифрового ТВ-сигнала. Исследования затруднялись также тем, что конкретных общепризнанных ориентиров не было, поэтому приходилось сопрягать эту задачу с требованиями вещателей. И тогда председателем 11 ИК была выдвинута идея внедрения цифрового наземного и спутникового ТВ-вещания и цифрового КТВ путем использования уже существующих каналов (при сжатии сигнала в десятки раз) с применением эффективных методов модуляции.
Выдвинутый подход строился исходя из сложившейся ситуации и учитывал интересы вещателей всего земного шара. США и Япония в наземном ТВ-вещании и КТВ работают в радиоканалах с полосой частот 6 МГц, Западная Европа -7 МГц и 8 МГц, а Россия, ряд стран Восточной Европы, Китай и др. - 8 МГц.
Таким образом, возникло символическое число 21 - сумма наземных радиочастотных каналов с полосами 6, 7 и 8 МГц (рис. 3). Тогда это походило на фантастику. Многие не верили в такую возможность. Однако идея имела реальную почву: учитывались специфические особенности зрительного восприятия ТВ-изображений, прогресс технологий цифровой видеокомпрессии, а также особенности обработки и передачи видеоинформации.
Результат не заставил себя ждать. Мировые исследования были скоординированы, получили четкую направленность. И как только стала очевидной осуществимость концепции 6, 7 и 8 МГц на практике, немедленно был подготовлен проект первой Рекомендации (Doc. 11-1/TEMP/19, 16.11.1991) по использованию каналов 6, 7, 8 МГц, мобилизовавший усилия многих разработчиков в области видеокоммуникаций. Он вселил в них надежду и уверенность в том, что ориентация на уже существующие и планируемые радиоканалы сети наземного ТВ-вещания и кабельного ТВ является самой надежной гарантией и что реализации и широкого внедрения цифрового вещания на данном этапе во многих странах. Так, 23 марта 1992 г. состоялась первая передача из испытательного центра в г. Александрия (вблизи Вашингтона) сигналов ТВЧ в Капитолий для демонстрации ТВЧ. Сжатые сигналы ТВЧ передавались в полосе частот 6 МГц, используемой для аналоговых сигналов цветного телевидения по системе НТСЦ (рис. 4).
Значительный прогресс по передаче цифрового ТВ по стандартным наземным каналам (Европейский проект HD-DIVINE) был достигнут Шведским исследовательским центром Telia совместно с телекомом Дании.
Реализация концепции 6-7-8 также способствовала значительному увеличению числа планируемых радиоканалов, так как цифровые пакеты нескольких компрессированных ТВ-программ могут передаваться в смежных радиоканалах, что практически не допускалось при аналоговом ТВ-вещании. Дополнительно появляется возможность "открыть" ряд ранее "запрещенных" каналов, из-за помех аналоговых ТВ-станций.
Адрес председателя 11 И К от 16 декабря 1992 г. (рис. 5) вошел в историю как стартовая точка подготовки к предстоящей конференции. Этот документ подтверждает, что 11 ИК МККР - признанный инициатор и координатор подготовки пересмотра нынешних частотных планов для возможности внедрения цифрового ТВ-вещания. Усилиями 11 ИК были организованы и проведены обширные международные исследования, результаты которых стали фундаментом технических основ в области ТВ-вещания для возможности проведения РКР-2004/2005.
В декабре 1992 г. была создана целевая группа ЦТ 11/3 (председатель С. Барон (S. Baron), NBC, США) для разработки рекомендаций по системам наземного цифрового ТВ-вещания, включая ТВЧ, и планированию передающих сетей [ 1 ].
В отчете председателя 11 ИК ITU-R (Doc. 11/223, 26.01.1994) было сообщено, что уже через год Ассамблея радиосвязи МСЭ-Р (ноябрь 1993 г.) одобрила предложенную концепцию внедрения цифрового наземного ТВ-вещания в радиоканалах 6, 7 и 8 МГц и приняла Рекомендацию ITU-R ВТ.798 (рис. 6, а) как своевременный и значимый ответ на запрос администраций и, в первую очередь, развивающихся стран. Это дало возможность использовать уже существующие и планируемые сети вещания и КТВ, достичь экономии и повышения эффективности использования спектра, что строго соответствовало целям МСЭ.
За прошедший год также были разработаны две рекомендации по критериям, требуемым для планирования цифрового наземного ТВ-вещания, и основным целям планирования и внедрения этих служб. Эти рекомендации также рассматривались как "начало подготовки технических основ для новой региональной радиоконференции для планирования наземных сетей ТВ-вещания".
В рекомендациях ITU-R ВТ.798 и затем ВТ.1206 (рис. 6, б) установлены полосы частот для наземного цифрового ТВ-вещания 6, 7 и 8 МГц, на которых базировалась подготовка к РКР. Очевидно, что без указанных рекомендаций пересмотр частотных ресурсов был бы попросту невозможен, поскольку только эти международные стандарты гарантируют передачу цифрового ТВ-сигнала в стандартных радиоканалах.
Значимость указанных рекомендаций иллюстрирует следующий пример. Долгое время пытались создать паровой двигатель, однако все попытки были безуспешными. Пар переполнял котел, и он взрывался. Только Джеймс Уайтт (James Watt, Англия, 1736-1819), который изобрел клапан для выпуска излишнего пара, решил эту проблему, и двигатель заработал. Аналогично, благодаря концепции 6-7-8 МГц, упомянутые выше рекомендации смогли выпустить "пар" избыточных данных и предотвратить разрушение существующих частотных планов и сетей, создав необходимые условия для внедрения цифрового ТВ-вещания.
Работы в области планирования были переданы в Рабочую группу НС (председатель С. Перпер (S. Регрег)), а затем в рабочую группу 6Е (председатель Л. Ольсон (L. Olson), USA). В последние годы эти работы были в основном возложены на Целевую группу 6/8 (председатель С. Перпер (S. Регрег), Словения; вице-председатель от России и стран СНГ В.Г. Дотолев), занимавшуюся подготовкой отчета к первой сессии РКР в Женеве 10-28 мая 2004 года [2].
В преддверии грядущей конференции РКР-2004/2005 требовались согласованные международные стандарты на системы наземного цифрового ТВ-вещания, без которых невозможно было проводить эту международную встречу. Рекомендация ВТ.798 послужила основанием для разработки известных ныне систем цифрового вещания. Они основаны на стандарте MPEG-2, сопряжены между собой и обеспечивают передачу в стандартном радиоканале при современном техническом уровне либо 4-5 ТВ-программ стандартного цветного ТВ, либо одной ТВЧ. В результате большой работы по уточнению и согласованию параметров систем и найденных консенсусов в феврале 2000 г. появился проект Рекомендации ITU-R ВТ. 1306, скрепленный подписями более 50 государств и международных организаций.
Подчеркнем различия между концепциями систем цветного аналогового и цифрового ТВ-вещания. При цифровых методах каждый конкурирующий способ передачи стремится предоставить новые возможности, привлекательные для операторов и массового пользователя. Поэтому цифровые варианты становятся не разными способами достижения одной и той же цели, а, скорее, средством обеспечения гибкости, позволяющей адаптироваться к различным обстоятельствам [3].
Например, в Рекомендации МСЭ-Р ВТ.1306 по цифровому наземному ТВ-вещанию объединены общие элементы систем, первоначально разработанных в Северной Америке (А - ATSC), Европе (В -DVB-T) и Японии (С - ISDB-T) [3]. Выбор и адаптация подходящих цифровых систем для наземного и спутникового ТВ, КТВ и радиовещания при многообразии географических, экономических и других специфических условий страны является важным этапом перехода от аналогового вещания к цифровому. В пакете национальных стандартов предстоит сопрячь их как между собой, так и с цифровой распределительной сетью.
Выше было отмечено, что изучения ТВЧ были начаты в МСЭ в 1972 г. по предложению Японии [4].
Разработка единого мирового цифрового стандарта ТВЧ (рекомендация 709), который сейчас широко внедряется в вещании ТВЧ в США, Японии, Австралии, а также используется на первом этапе внедрения цифрового кинематографа, была завершена И ИК в 1999 г.
Прошло более десяти лет со времени постановки по предложению председателя 11 И К разработок по международной стандартизации интерактивности в телерадиовещании [5]. Разработан пакет мировых стандартов [6].
Интерактивная взаимосвязь между создателями программ вещания и мультимедиа и широкой аудиторией зрителей и слушателей открывает новые возможности для массового изучения аудитории вещания и Интернета (медиаметрия) и других инфокоммуникационных услуг.
На РКР-2004/2005 в связи с большим объемом и сложностью решаемых задач вряд ли удастся одновременно создать частотные планы для обратных цифровых интерактивных каналов в полосах вещания. Однако такая возможность должна, по крайней мере, учитываться. Помнится, нечто подобное происходило на конференции в Стокгольме 1961 г. с установлением смещения несущих частот ТВ-станций (of-set) для увеличения защиты от помех, а также с необходимостью повышенной защиты в области передачи сигналов цветности (хотя в то время в Европейской зоне вещания еще не были выбраны системы цветного ТВ). Эти вопросы решались позже, но возможности решения были заложены в принятом плане.
Таким образом, был создан необходимый арсенал, на котором строилась подготовка к РКР.
Важно отметить, что за более чем полувековое развитие ТВ-вещания произошли значительные его преобразования. Однако ни одно из них не может сравниться по значимости и воздействию на социальное и экономическое положение общества с цифровым интерактивным ТВ-вещанием. Последнее становится одной из важных информационных структур.
Такой прорыв цифрового ТВ-вещания дал основание развить определение глобального информационного общества, считая, что его характерной чертой станет возможность передачи и получения информации в любой точке Земли, в любое время, в покое или движении, на любом языке при обеспечении экологической защиты потребителей и передаваемой ими информации, а также дистанционное управление и автоматическое взаимодействие устройств абонента, предоставляющих инфокоммуникационные услуги.
Важной отличительной особенностью этой конференции является начало практической реализации уникальной стратегии внедрения цифрового ТВ-вещания. Она основывается на пакете разработанных международных цифровых стандартов, способствующих созданию цифрового многофункционального интерактивного ТВ-вещания с обеспечением многих инфокоммуникационных услуг, которые составили фундаментальную компоненту технологических основ РКР-2004/2005. При этом такая грандиозная задача решается не только не требуя дополнительных полос частот, а наоборот, с возможным высвобождением благодаря прогрессу цифровых технологий (в перспективе многих мегагерц) от части аналоговых ТВ-каналов в дефицитных диапазонах частот. Это резко отличает РКР-2004/2005 от предыдущих подобных конференций. Эффективное использование драгоценных полос также внесет существенный вклад в информатизацию общества, в первую очередь, при создании новых систем наземного и спутникового вещания, КТВ, подвижных и фиксированных служб, включая мобильный прием, универсальные домашние радиосистемы, обеспечивающие беспроводную двунаправленную доставку сигналов и связь между устройствами абонента.
Очевидно, что в кратком сообщении не удалось охватить многие важные аспекты деятельности и отметить вклад большого числа участников, заслуживших самую высокую оценку. Однако можно с уверенностью утверждать, что решающую роль в подготовке конференции сыграл достигнутый прогресс в компрессии цифровых ТВ-сигналов, позволяющий осуществлять пересмотр и совершенствование существующих частотных планов с обеспечением цифрового многопрограммного ТВ-вещания и ТВЧ в стандартных радиочастотных ТВ-каналах 6, 7и8МГц.
Достижения в видеокомпрессии уже в ближайшие годы будут способствовать дальнейшему совершенствованию цифрового ТВ-вещания, видеосвязи и коренному повышению эффективности использования радиоспектра.
Литература
Марк Кривошеев
Главный научный сотрудник НИИР
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #3, 2004
Посещений: 12321
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Регулирование и стандарты" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
