(по цифровому вещанию) Dvorkovich_V_Cifrovye_videoinformacionnye_sistemy

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Рис. 21.68. Варианты трансляции телевизионных программ в стандарте DTMB

Таблица 21.76. Пороговое отношение сигнал/шум при мобильном приеме на различных несущих частотах

Эфирные, спутниковые и кабельные платформы DVB-Т2, DVB-S2 и DVB-C2 были разработаны и внедряются сейчас из-за существенно б´ольших скоростей передачи данных по сравнению с их предшественниками DVB-T, DVB-S и DVB-C.

Способы кодирования видео- и аудиоинформации играют важнейшую роль в повышении эффективности систем цифрового вещания, в их конкурентоспособности по сравнению с другими платформами вещания. Применение последних стандартов сжатия видеосигналов позволяет эффективно использовать радиочастотный спектр и сократить сроки перехода на новые стандарт цифрового вещания.

21.12. Эффективность использования систем цифрового ТВ-вещания в России

По сравнению с первым поколением стандартов DVB-S/DVB-T/DVB-C в системах DVB-S2/DVB-T2/DVB-C2 были изменены параметры обработки сигналов: использовано новое поколение прямой коррекции ошибок, что позволило вплотную приблизиться к пределу Шеннона; применяются более высокие созвездия, обеспечивающие существенное повышение эффективности; увеличено возможное количество несущих OFDM; введены новые защитные интервалы; осуществлена минимизация количества рассеянных пилотов в зависимости от защитного интервала, в результате чего сокращены накладные расходы; расширена полоса пропускания; повышена эффективность обработки информации за счет расширенного временного и частотного перемежения битов и ячеек. Научнотехнический прогресс в сфере цифровых телевизионных вещательных технологий в Европе поясняется на рис. 21.69 [8.57].

Рис. 21.69. Научно-технический прогресс в сфере вещательных технологий в Европе

В табл. 21.77 приведено сравнение достигаемых скоростей цифрового потока различных систем цифрового вещания первого и второго поколений для стандартных сетей связи.

Таблица 21.77. Скорости цифрового потока, Мбит/с

Спутниковый стандарт DVB-S2 был самым первым из второго поколения стандартов DVB, и поэтому процесс его внедрения на сегодняшний день успел продвинуться гораздо дальше других. Появление DVB-S2 совпало по времени с появлением реального рыночного (а не экспериментального) HDTV, а также с масштабным внедрением стандарта MPEG-4 AVC/Н.264, вследствие чего DVB-S2 фактически стал обязательным форматом всех спутниковых HDTVтрансляций. В целом, на сегодняшний день переломный момент перехода на DVB-S2 уже остался позади. Оборудование, неспособное принимать спутниковый сигнал в этом стандарте, воспринимается как исчезающий вид, и практически у каждого оператора спутникового ТВ в мире уже разработан план по постепенному переходу на DVB-S2 с применением MPEG-4.

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Всилу того, что эфирный DVB-T2 появился намного позже спутникового стандарта, его поддержка на сегодняшний день присутствует далеко не в каждом устройстве, способном декодировать MPEG-4. Несомненно, такая ситуация является временной: именно DVB-T2 рассматривается в европейских странах как стандарт для эфирного HDTV. И хотя в данный момент на некоторых территориях ведутся тестовые HD-трансляции в обычном DVB-T, регулярное эфирное HD-вещание в Европе будет вестись исключительно в DVB-T2.

Использование DVB-T2 для телевидения высокой четкости является ключевым элементом долговременной стратегии по переводу на него всего цифрового вещания. Рано или поздно каждый телезритель независимо от его уровня дохода получит возможность смотреть HDTV, а если любой HD-приемник будет поддерживать DVB-T2, то это даст возможность перевода на него и каналов стандартной четкости, что, в свою очередь, позволит освободить место под дополнительные каналы HDTV.

Перспективы использования стандарта кабельного вещания DVB-C2 представляются пока не такими радужными, как у его спутниковых и эфирных собратьев. Основная проблема в том, что DVB-C2 появился на свет гораздо позже момента перехода большинства кабельных сетей на DVB-C и HDTV — момента, когда можно было безболезненно сделать его обязательным элементом каждого современного кабельного ресивера. А так как в кабельных сетях острые проблемы с частотным ресурсом обычно отсутствуют, необходимость идти на какие-либо жертвы ради экономии частот неочевидна. И хотя мертворожденным DVB-C2 назвать нельзя (в определенных случаях применение ему все же найдется), у этого стандарта, скорее всего, не будет безоговорочной позиции, которой уже сейчас пользуется DVB-S2, и которую предрекают стандарту DVB-T2.

Этот новый стандарт DVB-T2 обладает существенно более высокой спектральной эффективностью по сравнению со стандартом DVB-T. По сути, это означает, что в том же участке спектра может быть передано большее количество программ или такое же количество передач, но с лучшим аудио/видео качеством или с большей зоной покрытия территории. Применение кодирования источника с лучшим сжатием (например, MPEG-4) дополнительно увеличивает количество передаваемых ТВ-программ. Возможно существенное увеличение числа программ, которые могут быть размещены в одном мультиплексе (при сохранении того же аудио/видео качества). Кроме того, становится возможной передача большего числа программ высокого разрешения. Зона покрытия при применении нового стандарта может быть значительно увеличена, сохраняя при этом неизменными характеристики передатчика, а также режим приема, качество видео и число программ.

Среди основных характеристик DVB-T2 следует отметить:

–применение имеющихся приемных и передающих антенн и возможность повторного использования существующей инфраструктуры;

–предоставление услуг для стационарных и портативных приемников;

–увеличение возможностей передачи информации примерно на 50% по сравнению с DVB-T;

–улучшенная производительность одночастотных сетей;

–механизм предоставления спецпотребителям надежных служб, т. е. имеется

21.12. Эффективность использования систем цифрового ТВ-вещания в России

возможность предоставления различных уровней надежности; например, в рамках одного канала возможно предоставление части услуг как для стационарного приема, так и других услуг для приема на портативные приемные устройства;

–гибкость пропускной способности и выбора полосы частот;

–механизм уменьшения пик-фактора сигнала (уменьшения затрат на его передачу).

В табл. 21.78 представлено сравнение максимальной скорости передачи и допустимого отношения сигнал/шум (С/Ш) для стандартов DVB-T и DVB-T2. Сравнивая значения максимальной скорости передачи для, скажем, С/Ш = 6 дБ и 20 дБ, видим, что соответствующие максимальные скорости передачи для стандарта DVB-T2 (15 и 45,2 Мб/с — выделены синим) более чем в полтора раза выше соответствующих скоростей для стандарта DVB-T (9 и 31,7 Мб/с — выделены красным). Тем самым очевиден выигрыш в полтора раза, обеспечиваемый стандартом второго поколения.

Таблица 21.78. Сравнение максимальной скорости передачи и допустимого отношения сигнал/шум

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Увеличенный диапазон параметров COFDM позволяет значительно сократить накладные расходы DVB-T2 по сравнению с DVB-T, что в сочетании с улучшенной коррекцией ошибок кодирования позволяет повысить производительность почти на 50% при эксплуатации как многочастотных сетей, так и одночастотных сетей. DVB-T2 также имеет три новые полосы частот: 1,7 МГц (для мультимедийных приложений), 5 МГц и 10 МГц (для профессиональных приложений). На физическом уровне квантование во временной области позволяет эффективно реализовать режим энергосбережения и обеспечивает различный уровень надежности разным каналам физического уровня.

Стандарт DVB-T2 также предоставляет ряд новых возможностей для повышения гибкости и устойчивости в критических условиях приема, таких как:

–поворот созвездий, что содействует получению более высоких скоростей сигналов в сложных каналах передачи;

–специальные методы уменьшения пик-фактора (PAPR) передаваемого сигнала, что приводит к повышению эффективности передатчиков в части увеличения излучаемой мощности до 4 раз при неизменном энергопотреблении, либо существенном уменьшении энергопотребления при сохранении излучаемой мощности;

–режим передачи со многими входами и одним выходом (MISO) с использованием модифицированной формы кодирования, которая позволяет разделить сигналы в пространстве и времени.

Рис. 21.70. Сравнительные характеристики DVB-T и DVB-T2

На рис. 21.70 приведены графики эффективности систем DVB-T и DVB-T2, которые показывают, сколь близко канальное кодирование для стандарта второго поколения DVB T2 к пределу Шеннона и насколько менее эффективна система, применяющая стандарт первого поколения DVB-T.

21.12. Эффективность использования систем цифрового ТВ-вещания в России

Важнейшее значение имеет применяемый способ кодирования телевизионного контента в системах цифрового вещания. На рис. 21.71 приведено несколько примеров наполнения каналов вещания.

Первый пример — это DVB-T мультиплекс (с типичным цифровым потоком 25 Mб/с), обеспечивающий прием 7 MPEG-2 SD-программ, каждая из которых включает компонентное видео 3,2 Мб/с и стерео аудио AAC с отличным качеством изображения и звука.

Второй пример — кодер MPEG-2 заменяется на MPEG-4 и с тем же качеством видео число каналов увеличивается в два раза, при этом будет 14 компонент с видеосигналом 1,5 Мбит/с.

Следующий пример — это применение DVB-T2 с типичным доступным потоком 44 Мб/с, что обеспечивает передачу 25 SD-программ.

Последний пример включает 8 MPEG-4 HD-программ высокого разрешения

собщим потоком в 44 Мб/с в рамках мультиплекса DVB-T2. Телеканалы, радио, данные, программы стандартного (SD) и высокого разрешения (HD), потоки MPEG-2, MPEG-4 — все это может быть объединено в общий статистический мультиплекс.

Сточки зрения частотного планирования, для перехода на DVB-T2 никакой дополнительной перепланировки частот не потребуется как на национальном, так и на международном уровне. Для стран, которые еще не начали переход на DVB-T, вполне логичен непосредственный ввод стандарта DVB-T2. Так как вещание в стандарте DVB-T2 в странах Европы уже началось, следует считать, что оборудование для DVB-T2 в скором времени будет доступно на массовом рынке. Ожидается, что потребуется период одновременного вещания в разных стандартах, аналогичный используемому при переходе от аналогового телевидения к DVB-T. Длительность такого периода во многом зависит от значимости наземных платформ вещания по сравнению с другими платформами. Для периода одновременного вещания будет необходим дополнительный спектр для параллельной передачи телевизионных услуг.

Так как DVB-T2 не является обратно совместимым с DVB-T, резкий переход от DVB-T к DVB-T2 не представляется возможным. Поэтому требуются более сложные стратегии миграции. Они должны быть основаны на дополнительных предложениях потребителю, например дополнительных программ или новых видов сервисов, таких как ТВЧ (HDTV), 3D-TV. Для стран, которые уже перешли на DVB-T, вопрос о реинвестиции потребителей может стать проблемой. Введение DVB-T в течение последних десяти лет сопровождалось необходимостью для потребителей вкладывать средства в новое приемное оборудование. Теперь,

спереходом на DVB-T2, потребителям потребуются новые инвестиции в приемное оборудование. Это ставит потребителей в сложное положение, поскольку они привыкли к более долгим циклам обновления приемного оборудования для ТВ. Стратегия перехода на DVB-T2 должна быть выбрана тщательно, с тем чтобы не потерять клиентов, которые могут уйти на другие платформы, как это произошло в некоторых странах во время перехода от аналогового ТВ к DVB-T.

Особая ситуация возникает в странах, которые начали, но не завершили процесс цифрового перехода от аналогового телевидения к DVB-T, а также начали внедрение DVB-T2. Эта ситуация встречается не так уж редко. Страны, в которых наземные платформы используются большим процентом населения в качес-

Глава21

Стандарты . телевизионного цифрового вещания

Рис. 21.71. Примеры мультиплексов с использованием стандартов DVB-T и DVB-T2

21.12. Эффективность использования систем цифрового ТВ-вещания в России

тве основного средства получения услуг ТВ, обязательно будут иметь более длительный переходный период, и они в настоящее время сталкиваются с проблемой дополнительной миграции.

В табл. 21.79 приведен сравнительный перечень основных характеристик цифровых телевизионных вещательных систем, реализующих стандарты DVB-T и DVB-T2.

Таблица 21.79. Основные характеристики DVB-T и DVB-T2

8.1.Вишневский В.М., Портной С.Л., Шахнович И.В. Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G. М.: Техносфера, 2010.

8.2.ITU-T. Rec. X200. Information technology — Open Systems Interconnection — Basic Reference Model: The basic model. Identical standard:ISO/IEC 7498- 1:1994 (Common) Approval date: 1994-07-01

8.3.http://en.wikipedia.org/wiki/OSI_model

8.4.Кривошеев М.И. Международная стандартизация цифрового телевизионного вещания. М.: НИИР, 2006.

8.5.ATSC Document A/53. ATSC Digital Television Standart.

8.6.ATSC Document A/54.Guide to the Use of the ATSC Digital Television Standard.

8.7.ATSC Document A/52 Digital Audio Compression (AC-3) Standard.

8.8.ATSC Document A/63, Standart for Coding 25/50 Hz Video.

8.9.ATSC Document A/53. ATSC Digital Television Standard, Parts 1-6, 2007. http://www.atsc.org/cms/standards/a53/a_53-Part-1-6-2007.pdf

8.10.ITU-R Recommendation BT.1306-1/ Error-Correction, Data Framing, Modulation and Emission Methods for Digital Terrestrial Television Broadcasting – ITU-R Recommendations/ BT Series. Broadcasting Service (Television).

8.11.Zenith Electronics Corporation (Glenview, IL). Patent RE36992 VSB HDTV transmission system with reduced NTSC co-channel interference. 1994.

8.12.Зубарев Ю.Б., Кривошеев М.И., Красносельский И.Н. Цифровое телевизионное вещание. Основы. Методы. Системы. М.: НИИР, 2001.

8.13.Варгузин В. Принципы цифрового телевидения системы ATSC// Теле-Спут- ник. 1999. № 9 (47).

8.14.Гласман К. Стандарт цифрового телевидения ATSC// «625». 1999. № 7.

8.15.European Standard (Telecommunications series). ETSI EN 300 744 V1.6.1 (200901). Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television.

8.16.Стандарт DVB-T. Технологии мультисервисных сетей. Прием, цифровые передатчики, сигнал вещания, параметры приемной и передающей антенны. http://www.conturm.com/tech.php?id=dvbtg

8.17.European Standard (Telecommunications series). ETSI EN 302 755 V1.1.1 (2009-09): Digital Video Broadcasting (DVB); Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2).

8.18.Уэллс Н., Нокс. К. DVB-T2: Новый стандарт вещания для телевидения высокой четкости// Теле-Спутник . 2008. № 11 (157).

8.19.ISO/IEC 13818-1: «Information technology — Generic coding of moving pictures and associated audio information: Systems».

8.20.ETSI TS 102 606: «Digital Video Broadcasting (DVB); Generic Stream Encapsulation (GSE) Protocol».

8.21.ETSI EN 302 307: «Digital Video Broadcasting (DVB); Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications».

Литература к части VIII

8.22.ETSI EN 300 468: «Digital Video Broadcasting (DVB); Specification for Service Information (SI) in DVB systems».

8.23.Alamouti S.M. «A simple transmit diversity technique for wireless communications»// IEEE Selected Areas Commun. 1998. V. 16. P. 1451–1458. http://www.mast.queensu.ca/ fady/Math800/papers/Alamouti

8.24.DVB Document A122 «Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2)».

8.25.Шахнович И. DVB-T2 — новый стандарт цифрового телевизионного вещания// ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2009. № 6.

8.26.DVB Document A133. Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2). February, 2009.

8.27.ETSI. EN 300 421 «Framing structure, channel coding and modulation for 11/12 GHz satellite services». 1997-08.

8.28.ETSI.TR 101 198 «Implementation of Binary Phase Shift Keying (BPSK) modulation in DVB satellite transmission systems». 1997-09.

8.29.ETSI. EN 302 307 «Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications». 2004-06.

8.30.ETSI. TR 102 376 «User guidelines for the second generation system for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications». 2005-02.

8.31.ETSI. TS 102 441 «DVB-S2 Adaptive Coding and Modulation for Broadband Hybrid Satellite Dialup Applications». 2005-10.

8.32.Стандарт DVB-S2. Система цифрового ТВ вещания. http://www.konturm.ru/tech.php?id=dvbs2

8.33.Ануфриев А. Стандарт DVB-S2 как средство развития новых сервисов на спутниковых сетях связи// Broadcasting. Телевидение и радиовещание. 2007. № 3.

8.34.ETSI EN 301 210: «Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for Digital Satellite News Gathering (DSNG) and other contribution applications by satellite». 1999-03.

8.35.ETSI EN 300 429 «Framing structure, channel coding and modulation for cable systems». 1998-04.

8.36.Стандарт DVB-C. Система цифрового ТВ вещания. http://www.konturm.ru/tech.php?id=dvbc

8.37.DVB-C — стандарт цифрового телевизионного вещания по кабелю. http://www.roks.com.ua/ru/info/standarts/dvb-c

8.38.ETSI EN 302 769 « Digital Video Broadcasting (DVB); Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital transmission system for cable systems (DVB-C2)», 2010-04.

8.39.Robert J., Schaaf C., L. Stadelmeier L. DVB-C2 — стандарт передачи по сетям КТВ следующего поколения// Теле-Спутник — 2009. № 12.

8.40.ITU-R. Doc.11A/59-E, 17.05.1999. Delayed contribution (Japan). — Proposed Draft new Recommendation/ Channel Coding, Frame Structure and Modulation Scheme for Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting (ISDB-T).