56Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Цифровое эфирное телевидение - пути и проблемы внедрения


А. Бителева Теле-Спутник - 12(62) Декабрь 2000 г.


Сегодня никого не надо убеждать в преимуществах цифрового эфирного телевидения над аналоговым. Они хорошо известны.

Во-первых, цифровой формат позволяет увеличить объемы информации, передаваемой в стандартном канале. Как следствие возможна передача широкоформатных программ и телевидения высокой четкости (ТВЧ). Во-вторых, переход на цифровое вещание создает базу для введения дополнительных услуг, в том числе интерактивных. В-третьих, цифровой сигнал одинаково хорошо принимается во всей зоне покрытия передатчиков.

Вещание в стандартах, использующих COFDM модуляцию, дополнительно дает возможность устойчивого приема на портативные и мобильные антенны, а также позволяет создавать одночастотные сети.

Два года назад Великобритания и США запустили в эфире регулярное цифровое вещание. Позже к ним присоединились Швеция и Испания.

Еще 9 стран — планируют начать регулярное вещание в течение года. Большинство других проводят тесты, определяясь с выбором стандарта и принципами построения сетей, набором услуг и т.д.

Первые практические шаги по внедрению цифрового эфирного вещания предпринимаются и в России. Летом этого года были разыграны тендеры на организацию опытного цифрового эфирного телевещания в Москве, С.-Петербурге и Нижнем Новгороде. А еще немного позже в Нижнем Новгороде прошла первая серия испытаний системы DTV-T1.

На сегодняшний день существует три стандарта на цифровое эфирное телевидение. Это американский стандарт — ATSC (Advansced Television Systems Committee), европейский DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial) и японский ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting — Terrestrial). Принципы цифровой передачи для первых двух стандартов, а также их сранительный анализ подробно приводились в публикациях "Теле-Спутника"2. Поэтому ограничимся только кратким изложением особенностей японского стандарта3. Система модуляции сигнала, используемая в ISDB-T, называется BST-OFDM (Band Segmented Transmission — Ortogonal Frequency Division Multiplexing). Эта та же, что и в DVB-T, система OFDM, дополнительно предусматривающая разделение полосы канала на 13 сегментов. В каждом сегменте может использоваться своя система модуляции, свой уровень избыточности при внутреннем канальном кодировании и глубина перемежения данных. Это позволяет объединять в одном пакете программы и услуги, предназначенные для стационарного и мобильного приема, а также для широкополосных и узкополосных приемников, например для будущих мобильных телефонов с поддержкой соответствующих протоколов.

В стандарте ATSC ведется вещание в США. К ним планируют присоединиться Канада и Корея, и, возможно, Аргентина и Тайвань.

Лагерь DVB-T самый многочисленный. Он включает все сделавшие выбор европейские страны, Австралию, Сингапур, Индию, ЮАР, Новую Зеландию и, наиболее вероятно, Малайзию, Филиппины и Таиланд.

ISDB-T пока приняла только Япония. В качестве возможного варианта он рассматривается и бразильскими специалистами. Их интерес к ISDB-T связан с тем, что бразильцы считают себя активно перемещающейся нацией и большое внимание уделяют организации мобильного приема. В частности, Бразилия планирует использовать эфирные сети ЦТВ для передачи услуг на мобильные телефоны третьего поколения и, впоследствии, четвертого. Для этого требуется возможность гибкого выбора ширины полосы канала для каждой услуги, что предусмотрено только в ISDB-T. К японскому стандарту бразильцев склоняют и результаты лабораторных испытаний устойчивости сигналов к воздействию импульсных шумов, в том числе при мобильном приеме. Наибольшую устойчивость показал сигнал ISDB-T, DVB-T оказался на втором месте, а завершил список — сигнал ATSC.

У нас задача приема ТВ сигнала на мобильные телефоны не является столь насущной, и российские институты, ответственные за выбор эфирного стандарта, явно склоняются в пользу DVB-T. Этому способствуют и богатые технические возможности стандарта, и его широкое распространение в мире, которое должно привести к снижению стоимости оборудования, и тот факт, что в качестве спутникового стандарта в России уже принят DVB-S. Поэтому последующее изложение сфокусировано на путях развития европейского цифрового вещания, а также на возникающих при этом сложностях.

В отличие от ATSC, европейский стандарт при запуске вещания не инициировал серьезных технических проблем. Можно отметь только несколько незначительных. Одна из них связана в наличием резкого спада в уровне C/N при уменьшении мощности сигнала. Это создает некоторые сложности с определением имеющегося запаса уровня при настройке приемной системы. Стандартное решение этой проблемы — на время наладки устанавливать после антенны аттенюатор 6 дБ. Другая проблема, проявившая себя в Великобритании, связана с соседством мощных аналоговых каналов.

В национальных частотных планах, разработанных на период перехода от аналогового вещания к цифровому, цифровые каналы чаще всего приходится вставлять между аналоговыми. Именно таким образом организована частотная сетка Великобритании. Цифровое вещание по сравнению с аналоговым требует гораздо более низких передающих мощностей. Для покрытия той же зоны нужен цифровой передатчик на 20 дБ (в 100 раз) слабее аналогового. Кроме того, при запуске цифрового вещания в Великобритании, основное внимание уделялось тому, чтобы цифровые каналы не создавали интерференции в спектре аналоговых.

В результате цифровые передатчики вещают с мощностью на 20-70 дБ ниже, чем аналоговые. Огромное превышение уровня аналоговых сигналов над цифровыми приводит к выводу антенных усилителей из линейного режима и появлению мощных гармоник аналоговых сигналов в спектре цифровых. Для решения этой проблемы в Великобритании создана специальная программа энергетического выравнивания цифровых и аналоговых передатчиков.

В свою очередь, с помехами, создаваемыми в полосе аналоговых каналов слишком мощными цифровыми сигналами, удается бороться за счет установки полосового фильтра в фидерный тракт цифрового передатчика. Одним словом, проблемы взаимных наводок аналоговых и цифровых сигналов решаемы и не являются главным камнем преткновения при запуске цифрового телевещания (ЦТ).

Более сложным для большинства стран оказывается поиск частотного ресурса. Между загруженностью спектра и временными рамками внедрения цифрового вещания прослеживается явная связь. Так, в Скандинавских странах и в Северной Ирландии, где спектр загружен относительно мало, ЦТ планируется запустить в ближайшее время, а в Швеции вещание уже ведется. В центре Европы спектр загружен очень плотно, и вопросы выделения частоты решаются сложно. В Германии, например, закон о внедрении эфирного ТВ попросту завис в государственных структурах. В Италии действовали более решительно. Там для освобождения частотного ресурса некоторые коммерческие эфирные каналы были директивно переведены на спутники.

Это сегодняшний аспект дефицита частотного ресурса. В будущем же цифровому эфирному телевидению, вероятно, придется конкурировать за место в эфире с другими радиочастотными службами, в первую очередь, с бурно развивающимися системами мобильной связи UMTS (Universal Mobile Telecommunication System).

Состоявшаяся в этом году Всемирная конференция радиосвязи уже рассматривала вопрос о выделении полос для расширения услуг мобильной телефонии в эфирном спектре (47-862 МГц). Расширение потребуется, в первую очередь, при реализации проекта IMT-2000. В конце концов, было решено предоставить мобильной телефонии возможность расширяться в область 2.5-2.68 ГГц, то есть в MMDS диапазон. Тем не менее ясно, что при дальнейшем развитии мобильной связи наиболее вероятно потесненными окажутся службы эфирного ТВ. В этом смысле показательна ситуация в США, которые опережают Европу в развитии телекоммуникационных служб. Там, после утверждения частотной сетки цифрового эфирного ТВ, для служб мобильной телефонии была освобождена большая часть полосы 700-800 МГц.

Проект IMT-2000 предусматривает формирование глобальной мобильной сети, обеспечивающей мультимедийную широкополосную связь. Скорость передачи информации по каналам будущей глобальной сети предположительно составит 2-16 Мбит/с, то есть будет достаточной для передачи любых видеоприложений. Запуск системы ориентировочно начнется через 5-10 лет. По прогнозам энтузиастов мобильной связи новая сеть должна задавить многие другие телекоммуникационные системы, в том числе и эфирные сети ЦТ.

Однако эти прогнозы пока не кажутся реалистичными. Во-первых, сама технология широкополосной телефонии еще только разрабатывается. Во-вторых, в обозримом будущем система едва ли сможет конкурировать с ТВ сетями в сфере неиндивидуализированной раздачи телевизионных программ.

Тем не менее службам эфирного телевидения придется постоянно доказывать Международному Союзу Электросвязи, что они достойны выделенного им места под солнцем.

Одним из важных факторов, учитываемых при определении права служб на дефицитный диапазон, является эффективность использования спектра. Критерии оценки такой эффективности неоднозначны. Если оценивать количество бит, которые можно передать в полосе 1 Гц на площади 1 кв. км, то спектр в ТВ сетях используется сейчас очень неэффективно. По расчетам, сделанным руководителем планирования цифрового вещания ирландского канала RTE Питером Брангамом, сети GSM по этому критерию уже сегодня превосходят эфирные сети ЦТ в 470 раз.

Однако такое сравнение нельзя считать корректным. Сети мобильной телефонии обеспечивают соединения между двумя абонентами, в то время как транслируемый по ТВ каналу футбольный матч смотрят одновременно миллионы людей. Очевидно, что при трансляции программ с миллионной аудиторией спектр используется очень эффективно.

С другой стороны, в последнее время стали появляться многочисленные каналы, рассчитанные на узкий круг зрителей. Это преимущественно региональные специализированные каналы, например географические. Для них типично многократное повторение одних и тех же наиболее интересных передач, то есть работа в режиме, приближенном к NVOD (Near Video On Demand).

По мнению П. Брангама, в связи с удешевлением жестких дисков каналам такого рода скоро станет выгоднее сохранять программы на жестком диске и передавать их в удобное для абонентов время.

Из совокупности этих соображений он делает вывод, что максимально эффективно спектр использовался бы при сочетании традиционного всенаправленного вещания на большие площади с сотовой секторной передачей, создающей условия для многократного использования спектра. Повторное использование спектра возможно и за счет передачи сигналов в вертикальной и горизонтальной поляризации.

По традиционной схеме должны передаваться национальные и международные каналы, ориентированные на широкую аудиторию, а по сотовой — местные профильные программы и интерактивные услуги (Интернет, электронная коммерция, передача видеофайлов и т.д.). Сотовое телевидение особенно актуально в урбанизированных районах.

При оценке работоспособности сотовых сетей с секторной передачей ключевым параметром является отношение уровня полезного сигнала канала к уровню его интерференции с соседними каналами. При переходе на цифровое вещание с использованием COFDM модуляции требования к этой величине сильно снижаются. Если для качественного аналогового вещания она должна составлять 40 дБ, то для некоторых режимов цифрового достаточно 10 дБ. Грамотная реализация этих возможностей позволит создавать сети, сочетающие эффективное использование спектра с дешевыми каналами доставки услуг.

Процесс построения полноценных интерактивных эфирных сетей отчасти тормозится и самими эфирными вещателями. Проблемы возникают из-за того, что внедрение интерактивных услуг и новых технологий приводит к изменению функций вещателей в цепи доставки ТВ материала телезрителям.

В традиционной цепочке материал, созданный контент-провайдерами, компилируется вещателями и передается сетевыми операторами. Сеть прозрачна для передачи любого материала. С внедрением видео по требованию, интеллектуальных магнитофонов и других форм TV Anytime значимость вещателей, как компиляторов материала, сильно снижается.

С другой стороны, в интерактивных сетях выбор предоставляемых услуг зависит от используемой в сети платформы интерактивного ТВ. Поэтому производители материала в большей степени согласуют свою деятельность с операторами платформ интерактивного ТВ и операторами сетей, поддерживающих эти услуги.

В результате "чистые" вещатели постепенно вытесняются из цепочки вещания. В борьбе за существование они тормозят внедрение новых услуг в свои каналы.

Крупные вещательные компании, как правило, занимаются и производством материала. Однако они часто являются и владельцами сетей, построенных на конкурирующих платформах, и рассматривают эфирные ТВ сети только как один из многочисленных способов распространения своего материала.

Серьезную опасность для развития эфирных сетей ЦТ представляет конкуренция с другими ТВ и прочими телекоммуникационными платформами, используемыми для передачи аудио и видео. Решающим в этой конкуренции, видимо, будет стоимость одних и тех же услуг в пересчете на одного абонента.

По наблюдениям эксперта Европейского союза вещателей Александра Сульзуцкого, реакцией на появление цифрового эфирного ТВ стала намечающаяся консолидация операторов спутниковых и кабельных платформ, которая позволит им снизить удельную стоимость предоставляемых услуг. По мнению эксперта, консолидация будет продолжаться даже с угрозой монополизации рынка одним оператором.

В странах, где доминирует кабельная платформа, кабельные сети являются очень серьезными конкурентами эфирных цифровых сетей.

Неудивительно, что Нидерланды, Бельгия, Германия — страны с развитой кабельной инфраструктурой — не являются пионерами в сфере цифрового эфирного телевидения.

Кабельные сети в могут предложить и предлагают тот же спектр интерактивных платных услуг, что и эфирное телевидение, причем гибридные и недавно появившиеся оптические сети обеспечивают значительно более широкую полосу, нежели эфирные. Важным достоинством кабельных сетей является и то, что они не делят спектр с другими радиочастотными службами.

Объем данных и других невещательных услуг, передаваемых по цифровым эфирным сетям, приходится законодательно лимитировать. В Великобритании объем передаваемых невещательных услуг ограничен 10% спектра эфирного канала. Аналогичные законы приняты и в других европейских странах.

С точки зрения предоставляемого сервиса, единственным преимуществом сетей DVB-T перед кабельными является возможность мобильного приема. Видимо, не случайно в "кабельной" Германии испытания мобильных услуг проводятся более активно, чем в других европейских странах. В странах с доминирующей эфирной платформой цифровое телевидение имеет больше шансов сохранить лидерство, так как модернизация и развертывание эфирных сетей обходится значительно дешевле, чем кабельных. В России, несмотря на некоторый рост кабельных сетей и заметное развитие спутникового вещания, эфирное телевидение продолжает доминировать.

Серьезных проблем с поиском свободного спектра в большинстве районов страны, видимо, не возникнет, и развитие эфирного ЦТ может тормозиться только недостаточным финансированием сетей и низкой платежеспособностью населения. Некоторые специалисты ожидают у нас конкуренцию между спутниковой и эфирной платформой4 . Разумеется, в России спутниковый способ доставки ТВ программ до местных сетей распределения незаменим. Показательно, что в тот момент, когда на Западе планируют региональные ТВ сети на базе эфирного ЦТ, у нас идет процесс формирования региональных цифровых спутниковых сетей. Причина тому очевидна — многие российские регионы по размерам могут соперничать с крупными европейскими странами.

Тем не менее, непосредственный спутниковый прием не кажется удачным эквивалентом эфирных и кабельных сетей ни в районах с многоквартирными домами, ни в деревнях, ни в коттеджных городках. Достаточно вспомнить, что каждый абонент должен иметь свою внешнюю систему приема, и что во многих регионах стоимость антенны требуемого диаметра будет сопоставима со стоимостью эфирной приставки. Поэтому более целесообразным вариантом кажется сочетание доставки программ по сетям DVB-S к эфирным центрам и их местного распространения в стандарте DVB-T, при одновременной возможности непосредственного приема спутникового сигнала. В такие комбинированные сети можно вводить и интерактивность. Сегодня обратный канал в спутниковых и эфирных сетях реализуется одинаково — по телефонной линии. Это должно существенно облегчить реализацию комбинированных интерактивных сетей.

Изложенные выше проблемы несколько тормозят распространение цифрового эфирного телевидения. Тем не менее потенциал у него велик, и положительный опыт его внедрения уже имеется.

Комиссия DigiTAG ( Digital Terrestrial Television Action Group) провела исследование с целью выявить общие закономерности развития цифрового ТВ в Европе, а также оценить ситуацию в каждой стране в отдельности. В результате были определены следующие правила и закономерности. Инициаторами запуска цифрового вещания чаще всего являются общественные (некоммерческие) каналы.

На начальном этапе ведущую роль играют платные услуги. В дальнейшем в развитии платных услуг будет достигнут потолок, определяемый возможностями и потребностями абонентов. С этого момента преимущественно будут развиваться бесплатное вещание с предоставлением расширенного набора услуг. Бесплатные услуги должны помочь эфирному ЦТ выжить в борьбе с другими ТВ платформами. В этом основная роль также отводится общественным каналам. Вещатели должны бесплатно предоставлять спектр для новых услуг. Процесс внедрения очень ускоряют субсидии на получение цифровых приставок, поэтому желательно, чтобы в проектах участвовали крупные производители оборудования, способные позволить себе такие субсидии. Практически во всех странах предполагается, что эфирные цифровые сети будут в основном использоваться для передачи региональных услуг. Что же касается характера услуг, то все вещатели сходятся на том, что введение интерактивности является существенным фактором успеха цифрового телевидения.

Во всех трех странах, запустивших DVB-T, интерактивные услуги уже предоставляются. В феврале прошлого года шведский канал eTV дополнил музыкальные программы возможностью заказывать CD с записью исполняемых композиций. Заказ делается с помощью телевизионного пульта ДУ и пересылается модемом по телефонной линии. Следует сказать, что в настоящее время все страны кроме Ирландии используют или предполагают использовать обратный канал по телефонной линии; Ирландия планирует внедрение эфирного обратного канала.

В начале марта английский канал On Digital запустил услуги электронной почты, а в мае — несколько вариантов услуг электронный коммерции. В начале мая электронная почта появилась в составе испанского пакета Quiero TV.

В скором времени On Digital собирается запустить в своем пакете полные услуги Интернет. Дополнительно к этому планируется вводить в телевизионные потоки ссылки на Интернет-сайты с информацией, касающейся содержания программы. Это один из способов популяризации услуг Интернет среди инертной зрительской массы.

Платформы интерактивного телевидения, выбранные разными странами, различны. Великобритания использует MHEG-5, Швеция — Open TV, Испания — Open TV и Интернет браузер разработки компании Sagem. Некоторые страны, в частности Финляндия, отложили запуск эфирного ЦТ до промышленного появления MHP — стандартизированной DVB платформы интерактивного телевидения. Требования к аппаратному обеспечению ресиверов также различны. Сейчас имеются три спецификации, регламентирующие аппаратные ресурсы ресиверов — Британская, Скандинавская и недавно принятая международная Европейская (EACEM). Последняя предусматривает возможность установки MHP.

Большинство вещателей считает, что предпочтительнее внедрять платформо-независимые услуги, то есть не привязанные к эфирной цифровой платформе, однако, это мнение не является единодушным.

Помимо интерактивных услуг вещатели рассчитывают привлечь аудиторию введением дополнительных аудиоканалов с высоким качеством звука, расширенного телетекста, который, наряду с онлайновыми услугами, должен составить конкуренцию бумажным периодическим изданиями, а также трансляцией широкоформатных (16/9) передач. В Великобритании уже сейчас более половины передач, транслируемых в пиковые часы, — широкоформатные. С запуском цифрового ТВ там наблюдался бум продаж широкоэкранных телевизоров, за время с начала цифровых трансляций их продано около миллиона.

Наименее ясная ситуация сложилась пока с мобильным телевидением.

С технической точки зрения возможности мобильного приема исследованы достаточно детально. Было проведено много экспериментов по приему на портативные антенны, при пешем передвижении и в транспорте. В начале осени компании Tandberg и AVS провели экспериментальную передачу аудио-видеосигналов с самолета.

Активные тесты проводились в области передачи услуг для мобильного и стационарного приема в одном потоке, с использованием иерархической модуляции. Как известно, мобильная передача требует большей защищенности транспортного потока, чем стационарная. Для нее выбирается более низкий уровень модуляции и больший защитный интервал. Поэтому при использовании иерархической модуляции мобильные услуги передаются с помощью первичной модуляции 4QАМ, а стационарные — с помощью наложенной сверху модуляции 4QАМ или 16QАМ. Практические эксперименты показали, что отношение сигнал/шум для обоих иерархических потоков не сильно ниже, чем при использовании простой модуляции того же уровня, и такая схема может использоваться на практике.

С технической точки зрения введение услуг для мобильных и портативных приемных систем тормозится только очень слабой мощностью цифровых сигналов, недостаточной для антенн с маленьким коэффициентом усиления. Из-за возможной интерференции с аналоговыми ТВ сигналами их мощность не может быть существенно повышена до отключения аналогового вещания.

Гораздо хуже проработан вопрос о характере услуг, которые должны предоставляться с помощью мобильных сетей ЦТ. Вещатели некоторых стран, например Финляндии, не собираются делать различия между содержанием каналов мобильных и стационарных сетей. Но большинство специалистов склоняются к тому, что мобильные сети должны передавать специфический набор программ, включающий преимущественно краткие финансовые и политические новости, а также прогноз погоды. Подбор информации должен быть ориентирован на определенный регион. Некоторые специалисты важную роль отводят услугам по требованию. Предоставление информации по запросу действительно могло бы стать важной составляющей мобильного ТВ сервиса. Однако тут системы UMTS явно составят телевидению серьезную конкуренцию, так как подобные услуги уже реально предлагаются операторами мобильной телефонной связи. Так что мобильным телевизионным сетям преимущественно остается краткая газетная информация — сводки новостей и прогноз погоды.

Регулярного мобильного ТВ вещания нет пока ни в одной стране. Первым коммерческий запуск мобильной сети ЦТ планирует Сингапур. Предположительное время запуска — январь 2001 года. Услуги сети будут ориентированы на прием в общественном транспорте — поездах, автобусах, такси. Основную часть передач составят новости (политические, финансовые и региональные).



 
Теле-Спутник Декабрь 2000
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт