|
На берлинской выставке IFA, проходившей в августе этого года, былo официально объявлено о начале коммерческих эфирных радиотрансляций в цифровом стандарте DAB (Digital Audio Brodcasting). К сожалению, корреспонденты "Теле-Спутника" не присутствовали на мероприятиях, связанных с этим событием. Однако именно это побудило обратиться к теме цифрового радио, на которую в журнале не писалось очень давно.
Между тем цифровое радио имеет более длинную историю, чем цифровое телевидение, а сферы его применения не менее разнообразны и в некоторых случаях — более прогрессивны.
На сегодняшний день можно различить следующие направления использования цифрового аудио:
- передача цифрового сопровождения в стандарте NICAM для аналоговых телевизионных передач;
- спутниковые и кабельные трансляции цифрового радио и аудиосопровождения;
- цифровое радио, передаваемое по сети Internet.
Стандарт NICAM, включающий в себя систему компрессии аудиоинформации и определенный способ модуляции сигнала, иногда используется для организации цифрового аудио в PAL- или D2-MAC-трансляциях. Однако в сфере цифрового радио применяются 2 другие системы — Dolby и MPEG.
Система компрессии Dolby, более ранняя из двух, была разработана той же лабораторией, что и известный метод компандирования аналогового аудиосигнала Dolby. Эта система мало используется в Европе, однако в Америке она достаточно распространена. Так, версия Dolby AC-1 используется при передаче пакета платных каналов цифрового радио Music Choice по кабельным сетям. Разработаны также более сложные системы компрессии Dolby AC-2 и Dolby AC-3. Последняя предусматривает возможность многоканальной передачи. Она, в частности, позволяет передавать круговой звук (surround sound), требующий, как известно, пяти полных каналов и одного неполного (сабвуфера). При этом скорость передачи составляет всего 320 кбит/c. Эта система была одобрена в качестве американского стандарта для компрессии аудиосопровождения в телевидении высокой четкости.
Разработка MPEG-стандартов началась в 1988 году группой Moving Picture Experts Group (MPEG), организованной объединенными усилиями Международной Организации Стандартизации (ISO) и Международной Электротехнической Комиссии (IEC). В MPEG-лабораториях была разработана гибкая система взаимосовместимых стандартов компрессии, причем существенное внимание уделялось тому, чтобы все наиболее трудные преобразования проводились на передающей стороне, а процесс декодирования был минимально трудоемким. Универсальность и совместимость MPEG-стандартов с одной стороны и дешевизна декодеров с другой, видимо, явились основными причинами широкого распространения этих стандартов и утверждения их в качестве международных.
Для аудиокомпрессии в MPEG используются принципы системы MUSICAM, первоначально разработанной для эфирного цифрового радио. Она построена с учетом особенностей восприятия звука человеческим ухом и позволяет сократить объем передаваемой информации до 10% от исходного.
Подобно тому, как стандарты видеокомпрессии в MPEG-2 определяются уровнями и профилями, стандарты аудиокомпрессии различаются по уровням и режимам.
Существуют 3 уровня аудиокомпрессии, каждому из которых соответствует свой алгоритм кодирования определенной степени сложности. Наиболее простой первый уровень рассчитан на упрощенный кодер, и для поддержания требуемого CD качества звука в нем должны использоваться увеличенные цифровые потоки. Этот уровень предусматривает деление всего аудиоспектра на 32 одинаковые полосы и независимое кодирование каждой полосы. Компрессия осуществляется за счет вариации длины кодового слова в зависимости от мощности сигнала в полосе.
Этот уровень в основном используется при записи на компакт-диски.
Второй уровень получил наибольшее распространение. Он используется при спутниковых и кабельных трансляциях в эфирном радиовещании, при передаче аудио в ISDN-сетях и т.д. В кодерах этого уровня предусмотрен тот же набор фильтров для формирования частотных полос, однако при квантовании полос в них еще учитывается различная степень восприимчивости уха к разным частотам, а также используется корреляция уровней сигналов одной и той же полосы в соседних кадрах звукоданных.
Третий уровень компрессии чрезвычайно сложен, так как в нем делается попытка создать очень точную слуховую модель. В кодерах этого уровня учитывается эффект маскирования одних звуковых полос другими, который позволяет укрупнить квантование при кодировке маскируемых полос. При учете маскирования частотный спектр должен разбиваться на полосы в соответствии с чувствительностью уха в конкретной частотной области.
Это сильно увеличивает число полос и усложняет процесс разбиения. Кроме того, на этом уровне используется ряд сложных математических преобразований, позволяющих еще больше сократить поток передаваемой информации. На практике кодеры третьего уровня пока используются мало.
Режимы определяют тип передаваемого аудиопотока. Первые два уровня обеспечивают передачу аудиоинформации в четырех режимах — моно, стерео, сдвоенный моно и квазистерео.
В режиме "Моно" передается только один звуковой сигнал. В режиме "Стерео" предусматриваются два звуковых сигнала, однако данные содержатся в общем буферном ЗУ, что позволяет пользоваться корреляцией двух сигналов для уменьшения информационного потока. В режиме "Сдвоенный моно" общий цифровой поток разделяется ровно на две части, поэтому он может использоваться для передачи двух независимых звуковых сигналов, например, для двуязычного звукового сопровождения кинофильма. В режиме "Квазистерео" (joint stereo) только нижняя половина спектра звукового сигнала передается в стереорежиме, а верхняя половина спектра — общая. Это обеспечивает значительный коэффициент сжатия информации.
Третий уровень, кроме перечисленных, поддерживает еще некоторые дополнительные режимы. Один из них — "Стерео MS" — предполагает формирование суммарного и разностного сигнала левого и правого стереоканалов. В силу корреляции каналов разностный сигнал обладает низкой информационной емкостью, что позволяет снизить объем пересылаемого информационного потока. Другой режим — интенсивной стерефонии — отличается тем, что в верхней части звукового спектра для каждой полосы частот вместо двух сигналов передается один, но он сопровождается кодовым словом, позволяющим выделить из него составляющие стереосигнала.
Все перечисленные уровни и режимы реализуются как в MPEG-1, так и в MPEG-2 стандартах. MPEG-2, кроме того, обеспечивает дополнительные возможности, в частности, в нем может быть реализован многоканальный вариант, предназначенный для использования кругового звука (surroud sound).
Следует сказать, что система компрессии не привязана к среде передачи и в равной степени может быть использована в эфирном, кабельном или спутниковом вещании. Различия появляются при компоновке транспортного потока, выборе способа защитного кодирования и метода модуляции высокочастотной несущей. На этих этапах, в свою очередь, не существен характер передаваемой информации.
Об особенностях кодирования и модуляции при цифровых трансляциях по спутниковым сетям можно подробно прочитать в 8-м номере журнала за этот год. В будущем предполагается опубликовать аналогичные статьи про кабельные и эфирные трансляции. Поэтому не будем совершать длинные теоретические экскурсы в эту область, а ограничимся рассмотрением наиболее известных спутниковых и кабельных радиослужб.
Одним из них несомненно является служба Astra Digital Radio (ADR).
Надо отметить, что передача цифрового радио со спутников Astra 1A-1D строится по совершенно другим принципам, чем обычная цифровая передача с Astra 1E и1F. Дело в том, что стандарт ADR, определяющий параметры этих трансляций, разрабатывался для того, чтобы уплотнить каналами цифрового радио транспондеры этих спутников, занятые телевизионными аналоговыми PAL-трансляциями. Как известно, ширина спектра видеоканала в стандарте PAL занимает около 5.5 МГц, а аудиоподнесущие для стереопары на каналах Astra обычно размещаются на частотах 7.02 и 7.20 МГц. Кроме того, для передачи служебной информации выделена поднесущая 8.595 МГц. Поэтому для цифрового радио на транспондерах Astra отведен диапазон 6.12- 8.46 МГц с промежутками для аналогового аудио. На практике на одном транспондере размещаются от одного до двенадцати цифровых радиоканалов. Параметры этих каналов подобраны так, чтобы они совпадали с соответствующими параметрами передаваемых с спутников Astra компандированных аналоговых аудиоканалов. Каждый из них занимает 130 кГц, расстояние между поднесущими составляет 180 кГц, а мощность сигнала — 3 дБ. Для передачи цифровых потоков используется дифференциальная квадратурно-фазовая модуляция поднесущих. Программы цифрового радио, передаваемые с Astra 1A-1D, могут приниматься либо на специализированные приемники, либо на аналоговые ресиверы, со встроенным ADR-блоком.
Цифровое радио со спутников Astra 1E и1F передается в составе цифровых пакетов и может приниматься любым цифровым ресивером, характеристики которого позволяют принимать эти трансляции.
До недавнего времени в рамках службы ADR транслировались как свободные каналы, принадлежащие разным частным и общественным европейским радиостанциям, так и пакет платных программ DMX (Digital Music Express).
Следует заметить, что со спутников ASTRA на территории России принимаются только сигналы в горизонтальной поляризации, на которой в рамках службы ADR передаются лишь некоторые свободные каналы.
Больший интерес для любителей музыки (и для кабельных операторов) мог бы составить платный пакет музыкальных программ DMX. Этот пакет, включающий более 60-ти круглосуточных музыкальных программ разного жанра, неоднократно упоминался на страницах "Теле-Спутника". О содержании его передач и о сервисных возможностях всей службы можно прочитать в статье о цифровом радио, опубликованной во 2-м номере журнала за 1996 год. К сожалению, этот пакет передавался в вертикальной поляризации и не был доступен российским меломанам. Правда, с сентября этого года обделенными оказались и западные любители музыки, так как трансляция DMX была прекращена в связи с банкротством компании. Существует несколько планов организации новой службы на месте обанкротившегося пакета. Один из них — сдать освободившиеся мощности в аренду другому крупному музыкальному пакету — Music Choice Europe. Этот пакет — европейский брат американского Music Choice, упомянутого в начале статьи. Первоначально эта служба называлась Digital Cable Radio (DCR). Она появилась в Америке в результате альянса между индустриальным концерном General Instrument и местными кабельными операторами.
DCR организовал передачу по американским кабельным сетям первого платного цифрового пакета круглосуточных музыкальных радиопрограмм. Альянс General Instrument с европейскими организациями Warner Music Group, Sony Software Corporation, EMI Music и AEI Music привел к появлению европейской версии пакета, названного Music Choice Europe. Этот пакет транслируется через спутник Intelsat 601, расположенный в позиции 27.5° з.д., для последующей передачи по кабельным сетям.
Как уже говорилось, американский Music Choice использует систему компрессии Dolby, однако, к моменту появления Music Choice Europe, в Европе уже широко распространился MPEG-стандарт. Поэтому MCE вещается параллельно в обоих стандартах. MPEG- и Dolby-варианты передаются через смежные транспондеры спутника, причем вещание в MPEG-стандарте ведется в незакодированном виде, а в Dolby-стандарте — в кодировке DigiCipher. В связи с чем передачи организованы таким образом, — неизвестно. Возможно, трансляции в Dolby более качественны, а MPEG-вариант передается свободно для того, чтобы заинтересовать потенциальных потребителей.
Для приема пакета в кодировке Dolby требуется специальное приемное оборудование производства General Instrument. Для приема MPEG-варианта пакета достаточно иметь ресивер, способный принимать цифровые потоки со скоростью 7498 кбит/с и поддерживающие код Витерби 3/4. Несмотря на это, пакет может приниматься только системами коллективного приема. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, для приема восточного пучка с Intelsat 601 на широте С.-Петербурга нужна антенна диаметром более 2-х метров, а в более восточных районах нашей страны диаметр антенны будет еще больше. Во-вторых, сопутствующая информация, касающаяся передаваемого произведения, имени автора, названия альбома и т. д., на сегодняшний день может воспроизводиться только специализированными пультами ДУ, выпускаемыми General Instrument. Правда, организаторы пакета обещают, что в ближайшем будущем эта информация будет структурирована для передачи в составе стандартного телевизионного электронного гида.
Остановимся подробнее на содержании передач Music Choice Europe. Он создавался с учетом музыкальных интересов современной европейской аудитории, в связи с чем на его каналах едва ли можно услышать звуки ацтекских колокольчиков или древние чилийские мелодии, исполняемые на флейтах из человеческих костей. Зато там богато представлен джаз и рок различных направлений, отдельные каналы отведены блюзам, музыке кантри, new age и металлу. Имеется канал, называемый Hit List, на котором звучат наиболее популярные композиции разных направлений. Вскоре должен быть запущен канал, на котором будет передаваться классика эстрадной песни. В его передачах можно будет услышать певцов, чья популярность не подвластна влиянию времени. Пять каналов пакета передают только классическую музыку. В результате соглашения с органами австрийского национального радиовещания, на каналах MCE передаются редчайшие записи классических концертов, хранимые в фонотеке австрийского радио. Состав и содержание программ постоянно обновляются. Так, вскоре на некоторых каналах предполагается ввести музыкальную рубрику New Relea-ses, в которой будут представлены новейшие записи, относящиеся к соответствующему жанру. Благодаря контактам организаторов пакета с музыкальным миром Европы, новые композиции могут прозвучать на каналах MCE еще до их официального выхода в свет. Предполагается также организовать программу Act Nouveau, содержанием которой станут интервью с исполнителями и дискуссии об их творчестве.
Фонотека MCE включает в себя более 80 000 композиций, хранимых на CD- дисках. В составлении программ участвуют 45 музыкальных экспертов из разных стран Европы.
Рассмотрим теперь историю эфирного цифрового радио, о коммерческом запуске которого говорилось в начале статьи. Технология DAB была разработана в рамках европейского исследовательского проекта Эврика 147. Исследования начались в 1987 году под эгидой ЕС, и их результатом было появление общеевропейского эфирного цифрового радиостандарта. В 1995 году появилась организация, называемая WorldDAB Forum, занимающаяся детальной проработкой разных аспектов DAB-технологии. Одновременно в разных странах начались испытательные прогоны программ эфирного цифрового радио. К моменту коммерческого запуска DAB- радио в рамках этих прогонов уже велись трансляции более сотни радиопрограмм и около пятидесяти служб передачи данных.
Прием может вестись стационарными приемниками, мобильными приемниками, или же PC со встроенными приемными платами. С осени этого года предполагается начать широкую продажу оборудования для приема цифрового радио.
Что же представляет из себя DAB- стандарт? Подобно телевизионному стандарту DVB, это комплекс разных структурных и технологических стандартов, определяющих способы передачи информации, области занимаемых трансляциями частот, набор сервисных услуг и методы их предоставления и т.д. Правда, в отличие от DVB, он охватывает пока только область эфирного радио. Видимо, это связано с тем, что спутниковое и кабельное аудио достаточно хорошо структурировано в рамках DVB. Некоторые DAB-стандарты уже приняты, а некоторые находятся в стадии разработки.
Для передачи цифровой эфирной информации как DAB, так и DVB-стандартами определено использование системы COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), которая уже упоминалась в 8-м номере журнала "Теле-Спутник". Эта система предполагает дискретизацию аналогового потока не только по времени, но и по частоте. Полученные элементы оцифровываются, определенным образом перемешиваются и затем модулируют совокупность несущих, количество которых определяется мощностью передаваемого информационного потока (в стандарте DAB может использоваться от 192 до 1536 несущих). Расстояние между несущими выбирается таким образом, чтобы пересечение спектров соседних несущих не создавало помех при демодуляции, то есть чтобы выполнялось условие их ортогональности. Дополнительная дискретизация по частоте позволяет применять перемешивание и сверточные коды, повышающие устойчивость информации к помехам. Еще одной существенной особенностью системы COFDM является использование защитного интервала между передачей отдельных символов. Этот интервал перекрывает предполагаемое время появления отраженного сигнала символа.
Количество несущих, расстояние между ними, длина защитного интервала и значение FEC (степени защиты за счет применения сверточного кодирования) являются переменными величинами. Использование такой системы передачи обеспечивает возможность чистого приема в местах плотной городской застройки. Еще одним важным плюсом применения COFDM является высокое качество мобильного приема, одной из основных проблем которого является сложность адаптации приемника к постоянному изменению мощности сигнала из-за изменения конфигурации отраженных сигналов.
Специфика компоновки и передачи цифрового материала позволяет пересылать в общем потоке любые виды оцифрованной информации, при условии, что они не требуют широкой полосы частот. Это может быть текст, графика или даже движущиеся картинки. Возможность пересылки разнообразной сопутствующей информации существенно расширяет спектр сервисных услуг, которые могут быть предоставлены вещателями. Некоторые такие услуги уже реализуются. Так, сопровождение музыкальных передач информацией о произведении и исполнителе стало в цифровом радио уже традиционным. Кроме того, в испытательных проектах практиковалась выдача на дисплей DAB-приемников текстового содержания передачи, фотографий эстрадных исполнителей и картинок, иллюстрирующих содержание новостей.
DAB-радио планируется использовать не только для трансляции традиционных радиопрограмм (свободных и закодированных), но и для передачи деловой информации, включающей биржевые и полицейские сводки, информацию об услугах местных туристических фирм, репортажи о положении на дорогах и многое другое. Эта информация будет выводиться на дисплей DAB-приемника или на монитор компьютера в виде телетекста. Такая возможность существует благодаря использованию протокола MOT (Multimedia Object Transfer), разработанного для приведения разнородных данных к стандартному формату телетекста. Кроме того, предполагается использовать DAB-службы для передачи шифрованной информации, предназначенной для узкого круга абонентов. Этой службой могут пользоваться банки, страховые конторы и другие организации для распространения информации между филиалами.
Еще одной службой, которую предполагается развить в рамках национальных DAB-проектов, является предоставление информации о состоянии на дорогах. Это особенно актуально ввиду того, что DAB-радио в сильной степени ориентировано на мобильный прием.
Помимо предоставления широкого спектра сопутствующей информации цифровое вещание предполагает возможность организации передач по запросу и других интерактивных служб. В мобильных приемниках в качестве обратного канала предполагается использовать сети GSM.
Возможности цифрового радиовещания чрезвычайно богаты и могли бы явиться темой отдельной статьи. Предполагается, что в отдаленной перспективе DAB-радио полностью заменит традиционное FM-радиовещание.
Еще одним направлением в развитии цифрового радио является распространение радиопрограмм через Internet. Они передаются в рамках стандартных протоколов Internet, и для их приема требуется компьютер не хуже Pentium 100 со встроенным модемом и звуковой платой.
Даже поверхностный обзор возможностей цифрового радио выявляет богатые и разнообразные перспективы его использования. В каком-то отношении они пересекаются с перспективами цифрового телевидения, а в каком-то даже выходят за их рамки (например, качественное телевидение через Internet еще не предусмотрено). Тот факт, что радиотрансляции требуют передачи меньшего потока информации, часто позволяет использовать для них наиболее новые принципы передачи. Некоторые решения, широко использующиеся в телевидении, первоначально были разработаны и опробованы для радио. Поэтому следить за развитием цифрового радио интересно и с точки зрения перспектив телевидения.
|
