Учебники / Цифровое телевизионное вещание под редакцией Г. В. Мамчев, 2014

тем в демультиплексоре поток данных разделяется на данные изображе­ ния, звука и дополнительную информацию. После этого выполняется де­ кодирование данных. В результате на выходе декодера изображения полу­ чаются яркостный и цветоразностные сигналы в цифровой форме, которые преобразуются в аналоговую форму в цифроаналоговом преобразователе (ЦАП) и подаются на монитор, на экране которого воспроизводится изо­ бражение. На выходе декодера звука получаются сигналы звукового со­ провождения, также преобразуемые в аналоговую форму. Эти сигналы по­

ступают на усилители звуковой частоты и далее на громкоговорители.

Первые системы цифрового телевидения были созданы и испытаны erцe двадцать пять лет назад, однако, функциональные и конструктивные осо­ бенности этих систем не позволяли использовать их в практических целях.

В конце 70-х годов значительным прорывом в технике цифрового ко­

дирования видеосигналов в режиме реального времени стало появление

первой эффективной системы цифрового сжатия с использованием дискрет­ но-косинусного преобразования (ДКП). В середине 80-х годов появились

кремниевые микропроцессоры, позволившие увеличить вычислительную

MOrцHOCTЬ и уменьшить габариты процессоров - вычислителей, которые ис­

пользуются при цифровом преобразовании телевизионных сигналов.

В ранних системах цифрового сжатия использовались разные способы формирования мультиплексированного цифрового потока, содержаrцего

видео, звукоданные и данные других служб. Это означало, что ни одна из

первых систем цифрового телевидения не могла совместно работать с дру­

гими системами, что явилось главным ограничением для их практического

внедрения. Постепенно специалистами телевеrцания была осознана необ­

ходимость устранения этого серьезного ограничения, в результате чего

был разработан стандарт компрессии звуковых и видеосигналов МPEG-2,

обеспечиваюrций взаимную работоспособность телевизионной аппаратуры

различных цифровых стандартов.

Внедрение цифрового телевидения, в первую очередь, было ознаме­ новано созданием унифицированного оборудования аппаратно-студийных комплексов (АСК), используюrцих единый (мировой) стандарт цифрового

кодирования в соответствии с Рекомендацией Международного союза

электросвязи (МСЭ-IТU - Intemational Telecommunication Union) - Р

BT.601-5, который со временем вытеснит несовместимые между собой

стандартные системы цветного телевидения - SECAМ, PAL, NTSC. На вы­ ходе таких комплексов временно устанавливаются ЦАП дЛЯ получения

стандартных телевизионных сигналов перечисленных выше систем, так

как излучать радиосигналы веrцательного телевидения в переходный пери­

од предполагается и в аналоговом, и в цифровом виде. В пределах АСК цифровые сигналы обрабатываются по единой технологии, при этом обес­ печивается высокая стабильность параметров оборудования, которое смо­ жет работать в бесподстроечном режиме. В результате значительно повы-

шается качество телевизионных изображений, особенно при цифровой ви­

деозаписи с применением электронного монтажа.

Международная стандартизация тракта передачи в наземном цифро­

вом телевизионном вещании основывается на модели канала, предусмат­

ривающего сохранение существующих наземных параметров с номиналь­

ными полосами частот 6,7 и 8 МГц (концепция 6,7 или 8). Технологическими лидерами в области цифрового телевизионного

вещания являются страны Европейского Союза, США, Япония и КНР. В 1991 г. была создана European Launching Group (Европейская группа за­ пуска), состоящая из представителей вещательных организаций, предпри­

ятий промышленности и органов власти, которая начала заниматься про­

блемами внедрения цифрового телевидения в Европе. В 1993 году все чле­ ны этой группы подписали Меморандум о взаимопонимании цифрового

видеовещания (DVB MOU - Digital Video Broadcasting Memorandum of Un-

derstanding) и она стала называться DVB Project (проект цифрового видео­ вещания). В задачу консорциума DVB Project, функционирующего под эгидой Европейского вещательного союза (European Broadcasting Union - EBU), входило создание инфраструктуры, необходимой для разработки технических требований к системам цифрового телевидения. В настоящее время членами DVB Project являются вещатели, изготовители оборудова­ ния, провайдеры услуг, операторы сети и регулирующие органы (всего 200 организаций из 30 стран), нацеленные на проектирование глобального се­ мейства стандартов для распределения сигналов цифрового телевидения.

Одним из фундаментальных решений, принятых в первые дни функ­ ционирования DVB Project, был выбор алгоритма МPEG-2 дЛЯ системного уровня, то есть для кодирования источников аудио и видеоинформации, а

также для создания элементарных программных и транспортных потоков.

Стандарты, разрабатываемые в рамках DVB Project, применяются в системах цифрового аудио и видеовещания и передачи данных по спутни­

ковым, кабельным и наземным сетям и определяют соответствующие сис­

(DVB-C) (Cable Transmission, ETSIEuropean Telecommunication Standard Institute EN 300429, разработанный в 1996 г.), наземного (DVB-T) (Тепеstriаl Transmission, ETSI EN 300744, раз­ работанный в 1997 г.) и спутникового (DVB-S) (Satellite Transmission, ETSI

разработанный в 1995 г.) телевизионного вещания, а также для микроволнового многоточечного распределения (DVВ-МС-системы мм диапазона, работающие на частотах менее 10 ГГц; DVВ-МS-системы мм диапазона, работающие на частотах, превышающих 10 ГГц. Системы DVB-MS относятся к классу сотовых систем телевидения). Дальнейшим развитием стандарта DVB-T является система цифрового телевещания для мобильных терминалов DVB-H (Handheld - ручной).

Самой последней разработкой является стандарт DVB-SH (Satellite который определен как система, способная достав-

лять медиаконтент и данные при ПОМОIЦИ IP (Intemet Protocol) на персо­ нальные терминалы (мобильные телефоны, КПК) через спутник.

В основе проекта DVB Project - концепция «контейнера», который способен переносить любые данные, заIЦИIЦая их от возможных ошибок.

Например, использование компьютера с встроенной DVB картой позволяет

просматривать интернетовские страницы со значительно большей, чем обычно, скоростью. Уже были демонстрации (получившие название Тур­ бо-интернет), в которых использовалась система DVB-S дЛЯ передачи ин­ тернетовских данных со скоростью от 6 до 33 Мбит/с. Концепция «контей­ нера» допускает передачу в рамках систем DVB и цифрового сигнала теле­

видения высокой четкости.

На последнем этапе работ в рамках DVB Project была разработана домашняя мультимедийная платформа - МНР (Multimedia Ноте Platform). Домашняя мультимедийная платформа представляет собой про­ граммное обеспечение, которое работает на абонентском цифровом теле­ визоре, позволяя ему принимать дополнительную информацию и данные,

невоспринимаемые обычным телевизионным приемником. Следователь­ но, в наСТОЯIЦее время передача DVВ-сигнала более не является только телевидением. МНР становится основным инструментом, объединяюIЦИМ

все виды веIЦания.

При этом целесообразно привести несколько серьезных аргументов в

пользу сохранения наземного телевизионного веIЦания наряду с широким

использованием кабельного и спутникового телевидения.

Во-первых, телезрители, которые смотрели лишь программы наземно­ го аналогового телевидения, не должны в обязательном порядке устанав­

ливать антенны спутникового телевидения или подключаться к сети ка­

бельного телевидения после введения цифрового веIЦания.

Во-вторых, прием на переносные телевизионные приемники или на

комнатную антенну соответствует очень значительной доле рынка услуг

телевизионного веIЦания. Наземное телевидение - единственный способ

доставки телевизионных программ к портативным переносным телевизо­

рам и к приемникам, установленным на транспортных средствах.

Особое внимание при разработке стандартов наземного цифрового те­

левизионного веIЦания уделялось устойчивости приема и нечувствительно­

сти к отраженным сигналам. Было установлено, что в любой части города

имеется достаточная напряженность электромагнитного поля для уверенно­

го приема, однако наложение множества отраженных волн в точке приема

искажает сигнал и делает прием невозможным. Подключив телевизор к

комнатной антенне, легко увидеть, что при приеме сигнала даже с находя­

IЦейся в прямой видимости антенной башни изображение может cYIЦecT­

венно искажаться, если телезрителю приходится передвигаться в данном

помеIЦении. В комнате образуются стоячие волны, и тело человека, ЯВЛЯЮ­

IЦееся электрическим диполем, может менять их картину. Следует обратить

внимание на тот факт, что наложение максимумов и минимумов стоячих

волн зависит от частоты сигнала и поэтому в точке приема разные частот­

ные компоненты спектра сигнала могут избирательно подавляться. В США этот факт был принят во внимание, и все усилия специалистов были сосре­

доточены на адаптивном выравнивании амплитудно-частотной характери­

стики (АЧХ) приемного канала, искажающейся под действием отраженных

сигналов. Когда уровни основного и отраженного сигналов становятся со­

измеримыми, то на некоторых частотах принимаемый сигнал обращается в нуль и корректирующему устройству нечего обрабатывать. В качестве эф­ фективного средства борьбы с отражениями в Европе был применен метод быстрого преобразования Фурье с введением запретных промежутков.

В Европейской зоне радиовещания ведущая роль в области междуна­ родной стандартизации систем цифрового телевизионного вещания при­ надлежит Европейскому союзу радиовещания (EBU), Европейскому коми­ тету по стандартизации в электротехнике (CENELEC) и Европейскому ин­ cTитyTy стандартов электросвязи (ETSI). Стандартизация систем цифрово­ го телевидения, соответствующих DVB Project, в мировом масштабе осу­

ществляется также путем сотрудничества с МСЭ. Другое направление со­

гласования стандартов на мировом уровне - это тесное сотрудничество

DVB Project с Советом по цифровым аудиовизуальным службам - DAVIC

(Digital Audio Visual Council). Основная цель Совета DAVIC - содейство­

вать скорейшему внедрению цифровых аудиовизуальных приложений и

услуг, своевременно придавая доступность международным согласовани­

ям, спецификациям в области открытых интерфейсов и протоколов, что

повышает способность к взаимодействию между странами и службами.

Деятельность DAVIC сфокусирована, главным образом, на интерактивном

телевидении, службах «видео по запросу», субтитрировании и телешопин­ ге, что отражается в разработке соответствующих протоколов высшего и

среднего уровней и интерфейсов прикладных программ, отражающихся на

технологии МPEG-2.

В сентябре 1996 г. в Амстердаме на Международной конференции

вещателей (IBC) была создана Digital Тепеstriаl Television Action Group

(DigiTAG или далее DTAG) - Рабочая группа по цифровому наземному те­

левидению, которая в настоящее время играет центральную роль во вне­

дрении стандарта DVB-T, введении новых служб и приложений для поль­

зователей. Начиная с 1998 г. владельцы персональных компьютеров в Ев­

ропе начали приобретать платы приема данных DУВ, передаваемых через спутник, и получили доступ к страницам Интернет.

На американском континенте главенствующая роль в разработке

стандартов на цифровое телевизионное вещание принадлежит Комитету по усовершенствованным системам телевидения - ATSC (Advanced Television Systems Committee), созданному в 1982 г. Разработанный этим Коми­ тетом стандарт на наземное цифровое телевизионное вещание ATSC в час-

ти кодирования и структурирования информации также основывается на алгоритме МPEG-2, но принципиально отличается от DVB Project по мето­ дам модуляции и обработки радиосигнала, кодирования звука и программ­ ной навигации, что было сделано исходя из особенностей построения сети наземного телевизионного веrцания США.

В разработке первого варианта стандарта ATSC принимал участие и HDTV Grand Alliance (Большой союз ТВЧ), организованный в 1993 году и объединивший в работе над ТВЧ представителей ведуrцих в области теле­ визионной техники американских и европейских фирм и научных органи­

заций (General Instrument Corporation, Massachusetts Institute of Technology, Zenith Electronic Corporation, American Telegraph and Telephone Сотрапу (АТ and Т), David SarnofResearch Center, Philips и Thomson).

Однако первый вариант стандарта ATSC, разработанный в 1996 г., не был в полной мере согласован с промышленностью, выпускаюrцей персо­ нальные компьютеры. У ведуrцих компьютерных фирм (в алфавитном по­

рядке это - Apple, Compaq, Cray, Dell, НР, Intel, Microsoft, Novell, Oracle,

Silicon Graphic и Tandem) возник ряд возражений против стандарта ATSC. Перечисленные фирмы увидели недостатки стандарта в том, что в нем ос­ новное внимание уделено видеоформатам, а некоторые вопросы (прогрес­

сивная развертка, квадратные пиксели, компьютерное воспроизведение

изображений и др.) не нашли достойного отражения. В течение года была

выработана согласованная редакция стандарта ATSC, представляюrцая со­

бой компромисс, поскольку она предусматривает передачу 18 цифровых видеоформатов. В этой согласованной редакции рассматривается почти

все, что известно в области передачи телевизионных сигналов - чересст­ рочная и прогрессивная развертки, суrцествуюrцая разреШaIOrцая способ­

ность и формат ТВЧ, обычный и широкий форматы изображений, частота 24 полных кадра в одну секунду (применяемая в кино), 30 (суrцествуюrцая)

и 60 полных кадров в одну секунду, а также возможность использования

квадратных инеквадратных пикселей. В этом случае декодер цифрового

телевизионного приемника должен обладать способностью распознавать

все передаваемые форматы.

В Японии компанией NНK разработана концепция цифрового телеви­ зионного веrцания с интеграцией служб ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting), которая является обrцей для наземных, спутниковых и ка­ бельных сетей. Спецификация системы цифрового наземного телевизион-

ного веrцания ISDB-Т была одобрена Советом по телекоммуникационным технологиям министерства почт и телекоммуникаций Японии. Причем стандарты ISDB-T и DVB-T во многом схожи, отличия заключаются в воз­

можности в системе ISDB-Т использовать для передачи информации не­

скольких разнесенных полос частотного спектра.

Поскольку Япония испытывает большой дефицит частот для веrцания, была разработана технология передачи с сегментированными диапазонами

(Set-Top-Box), содержаrцими дополнительную цифровую плату, с целью их адаптации к декодированию и обработке цифрового сигнала. Это позволя­

ет продлить срок жизни аналоговых телевизоров и дать время предприяти-

ям телевизоростроения на переориентацию производства.

Виюне 2006 г. в Женеве завершила работу региональная Радиоконфе­ ренция МСЭ по направлению цифрового веrцания (РКР-06), которая при­ няла перспективный международный частотный план цифрового веrцания (<<Женева-2006»). Кроме того, на Женевской Радиоконференции было ре­ шено, что к 2015 году должен осуrцествиться повсеместный переход к цифровому телевизионному веrцанию.

На практике переход ряда стран на цифровое телерадиовеrцание осу­ rцествляется достаточно быстрыми темпами. Например, Финляндия, Шве­ ция, Норвегия, Швейцария, Бельгия, Люксембург, Нидерланды, Германия

иСША уже сделали это, что позволяет почти 95% населения этих стран принимать эфирные цифровые телевизионные программы. Причем в США цифровое телевизионное веrцание реализуется в режиме ТВЧ, то есть теле­

видения высокой четкости. При этом ТВЧ предполагается как средство по­ вышения качества изображения и организации дополнительного канала

передачи данных к персональным компьютерам. В 2012 г. планируется за­ вершить переход к цифровому телевизионному веrцанию в Великобрита­

нии, Австралии и Австрии.

Правительство Японии собирается уже в ближайшие годы полностью

прекратить аналоговое телевеrцание и охватить наземным цифровым ве­ rцанием всю территорию страны. Переход на наземное цифровое телеви­

зиoHHoe веrцание будет постепенным. В первую очередь планируется ох­ ватить таким веrцанием район так называемых трех столиц - Токио, Осака

иКиото. Причем в районе трех столиц будет воздвигнута новая телебашня

для наземного цифрового веrцания.

ВЯпонии были также проведены первые в мире испытания по приему

сигналов наземного цифрового телевидения в поездах высокоскоростной

железнодорожной магистрали. Сигналы, передаваемые тремя передаюrци­

ми станциями, принимались по системе последовательного приема сигна­

лов одного канала. Для передачи использовалась дифференциальная четы­ рехпозиционная фазовая модуляция (DQPSK) цифрового потока. Испыта­

ния показали, что даже в высокоскоростных поездах, развиваюrцих ско­

рость до 270 км/час, возможен высококачественный и устойчивый прием цифровых телевизионных сигналов.

Особое значение для развития цифрового телевизионного веrцания в

России имеет Распоряжение Правительства РФ N2 706-р от 25 мая 2004 г. о

том, что система цифрового телевеrцания DVB-T выбрана для внедрения в

России.

Весной 2006 г. была создана правительственная комиссия по разви­ тию телерадиовеrцания, которая в 2008 г. разработала концепцию внедре-

ния цифрового телерадиовещания в РФ на период 2008-2015 гг. Полный переход на цифровое телевизионное вещание в России планируется завер­ шить к 2015 году.

DVB-Т2 (Digital Video Broadcasting - Second Generation Terrestrial) -

второе поколение европейского стандарта эфирного наземного цифрового телевидения DVB-T, разработанное в рамках консорциума DVB в 2008 го­ ду для передачи программ твч. DVB-Т2 призван увеличить на 30 ... 50% пропускную способность сетей эфирного наземного цифрового телевиде­ ния по сравнению с DVB-T при той же инфраструктуре сети и частотных ресурсах. В системе DVB-T2 используется стандарт сжатия видео МPEG-4 АУС с модуляцией OFDM. Однако DVB-T2 технологически несовместима с системой D VB- Т. Скорость передачи потока данных в новой системе достигает 50 Мбит/с.

DVB-Т2 является последним в семействе стандартов DVB эфирного наземного цифрового телевидения, так как физически невозможно реали­ зовать более высокую скорость передачи информации в единице спектра.

Распоряжением Правительства РФ от 3 марта 2012 года N2 287-р

единственным для России стандартом эфирного наземного цифрового телевидения является только DVB-T2.

16 марта 2012 года решением Государственной комиссии по радио­

частотам для вещания в стандарте DVB-T2 приняты к использованию ра­

диочастоты метрового (174 ... 230 МГц) и дециметрового диапазонов частот (470 ... 790 МГц) на 6 ... 12 и 21 ... 60 каналах соответственно.