|
Развитие телевидения в 60-х годах привело к созданию трех основных систем цветного телевидения: NTSC в 1961 г., Secam в 1968 г., PAL в 1969 г., которые были совместимы с системами черно-белого телевидения. Цветовые компоненты видеосигналов системы Secam передаются на поднесущих частотах: 4,40625 и 4,25000 МГц, системы PAL - на 4,433619 МГц и системы NTSC - на 3,579545 МГц.
Точное значение частот определялось из соотношения, позволяющего осуществить перемежение спектров цветовой и черно-белой компонент видеосигнала таким образом, чтобы исключить взаимное мешающее влияние их друг на друга. На первом этапе внедрения цветного телевидения такой выбор частот обеспечивал минимальную помеху на экране черно-белых телевизоров: помеха от цветовых компонент образовывала на экране рисунок типа "холст".
Системы телевидения PAL, NTSC и SECAM основаны на частотном разделении видеокомпонент сигнала и на выделении частотно-модулированного сигнала звука. В них невозможно идеально разделить цветовую и яркостную компоненты сигнала, имеющие пересекающуюся область спектра. Общеизвестен дефект изображения в области часто перемежающихся вертикальных черных и белых линий, который проявляется в виде цветного муара. При передаче полного сигнала цветности по каналам телевизионного вещания и радиорелейным линиям в стандарте SECAM встречаются также дефект изображения типа "факел", который связан с ограничением сигнала в тракте передачи, и эффект сползания строк, который проявляется в виде вертикально перемещающихся тонких горизонтальных линий на участках изображения с высокой насыщенностью.
Развитие систем спутниковой связи привело к необходимости создания новых принципов передачи телевизионного изображения. В 1992 г. группой экспертов по движущимся изображениям MPEG-2 (Mooving Pictures Expert Group) был предложен принцип цифрового сжатия и разработан стандарт MPEG-2.
Эфирное цифровое вещание
Особое внимание при разработке стандарта эфирного цифрового вещания уделялось устойчивости приема и стойкости к переотраженным сигналам, при этом учитывался опыт распространения аналогового сигнала метрового и дециметрового диапазонов волн в реальных условиях. Было обнаружено, что в любой части города имеется достаточная напряженность поля для уверенного приема, однако наложение многих отраженных волн в точке приема искажает сигнал и делает прием невозможным. Подключив телевизор к комнатной антенне, легко увидеть, что при приеме сигнала даже с находящейся в прямой видимости башни картинка может существенно искажаться, если двигаться в данном помещении. В комнате образуются стоячие волны, и тело человека, являющееся электрическим диполем, может менять их картину. Следует обратить внимание также на тот факт, что положение максимумов и минимумов стоячих волн зависит от частоты сигнала, и поэтому в точке приема разные частотные компоненты спектра сигнала могут избирательно подавляться. В США этот факт был принят во внимание, и все усилия специалистов были сосредоточены на адаптивном выравнивании (эквилизации) амплитудно-частотной характеристики сигнала, искажающейся под действием отраженных волн. Этот метод хорош только при низком уровне отраженных сигналов. Когда уровни основного и отраженного сигналов становятся соизмеримыми, то на некоторых частотах принимаемый сигнал обращается в ноль, и устройству эквилизации нечего усиливать.
В качестве эффективного средства борьбы с переотражениями в Европе был применен метод быстрого преобразования Фурье с введением защитных промежутков. В результате быстрого преобразования Фурье на выходе передатчика присутствует 6817 узкополосных несущих в режиме 8к и 1705 несущих в режиме 2к. Каждая из несущих модулирована QPSK, QAM16 или QAM64 в зависимости от режима работы. Также в модуляторе имеется возможность менять в широких пределах защитный интервал: от 1/4 до 1/32.
В точке приема радиоволны, приходящие с разных направлений, накладываются и часть из 6817 несущих может быть подавлена, однако это никоим образом не сказывается на сигнале, получаемом после обратного преобразования Фурье. Действие защитных промежутков может быть интерпретировано на примере эха в горах. Если попытаться произнести длинную фразу, то ее трудно понять, потому что многократное эхо наложится и заглушит ее. Другими словами, в условиях многократного эха внятности нет. Представим теперь, что тоже самое проговаривается с длинными паузами между слогами. Догадливый наблюдатель может заметить, что не только отчетливо слышит каждый слог, но в данном случае эхо помогает разобрать его, многократно повторяя. Этот несложный способ был реализован в стандарте цифрового эфирного вещания DVB-T и показал исключительную устойчивость и помехозащищенность приема. Реализованные проекты DVB-T в Англии, Германии, Израиле, Испании, Нидерландах, Португалии, Финляндии, Швеции демонстрируют исключительную устойчивость
Сравнение ATSC и DVB-T
Если бы американские специалисты проводили сравнительные испытания своей системы не только в условиях лаборатории, но и в реальном городе, то они вряд ли обнаружили бы преимущества стандарта ATSC. В самом деле, если говорить о качественных показателях, и ATSC, и DVB-T доставляют до каждого зрителя то студийное качество, которое создается ведущими телевизионными компаниями. В этом отношении эти стандарты сравнивать бессмысленно. DVB-T, как и ATSC, включают в себя телевидение высокой четкости и Долби АС-3. В основе стандартов лежит MPEG-2, но что их действительно отличает - это надежность доставки сигнала конкретному телезрителю. Так, например, если во время показа бейсбола в стандарте ATSC на антенну неожиданно сядет птица и из-за этого прервется передача, то зритель будет неудовлетворен работой такого телевидения.
Если сравнивать США и Россию, то кому-то может показаться, что страны похожи. Но это верно только в отношении их обширных территорий. Как для США, так и для России это означает важность развития спутниковой группировки для первичного распространения и перераспределения телевизионных программ. Отличия, прежде всего, связаны с разными климатическими условиями. Как бы ни показалось странным, но радиопрозрачность зданий в более теплом климате облегчает телевизионный прием. Однако даже при таких благоприятных условиях прием ATSC на комнатные антенны и переносные телевизоры не рассматривается вовсе. В Нью-Йорке каждый дом подсоединен к кабелю, тем не менее, каждая американская семья имеет на один подсоединенный к кабелю телевизор 3-4 дополнительных с комнатной антенной.
Таким образом, практическое внедрение стандарта ATSC наглядно показало несостоятельность как амплитудной модуляции (8VSB), так и отсутствие эффективного средства борьбы с отраженным сигналом. Реально вместо рекламируемого уменьшения мощности передатчика ЦТ фактически мощность передатчика на самом высоком здании Нью-Йорка была увеличена до 350 кВт, не обеспечивая при этом гарантированный прием в каждой точке городе. Отрадно заметить, что в США выделен диапазон для экспериментального DVB-T вещания.
В России здания в основном железобетонные или кирпичные с железобетонными перекрытиями. Даже многие дачные поселки и города состоят из домов, содержащих железобетонные или металлические конструкции, которые делают их нерадиопрозрачными. Не следует забывать и о том факте, что в России и странах ближнего зарубежья принят стандарт аналогового телевидения Secam, меры защиты от помех которого в стандарте ATSC не предусмотрены вообще. Внедрение стандарта ATSC в России будет не только вредным, но и губительным, поскольку потребует колоссальных капиталовложений в антенно-фидерное хозяйство телевизионных сетей, а также немедленного отказа от аналогового вещания в стандарте Secam.
Преимущества DVB-T
Стандарт DVB-T использует специальные методы модуляции и защитные интервалы в сочетании с быстрым преобразованием Фурье, обеспечивая наибольшую помехоустойчивость. Он позволяет варьировать степень защищенности, скорость передачи и коррекцию ошибок. Данные возможности позволяют создавать системы эфирного цифрового телевидения, оптимальные для каждого населенного пункта или города.
В результате быстрого преобразования Фурье на выходе передатчика присутствует 6817 узкополосных несущих в режиме 8к и 1705 несущих в режиме 2к. Какое-то количество несущих подавляется в точке приема в результате интерференции, оставшиеся проходят обратное преобразование Фурье в приемнике и на выходе получается неискаженный сигнал.
Преимуществом DVB-T является возможность приема ТВ программ в случае наложения зон уверенного приема нескольких телецентров, работающих на одной частоте. Синхронизация телецентров происходит по эталону частот любого доступного спутника. Конечно, все телецентры, ведущие передачу 6-7 общенациональных программ на одной несущей, должны передавать пакет программ одновременно и идентично.
Существует возможность, изменяя параметры запущенного сигнала, корректируя ошибки и виды модуляции, получить широкий диапазон скоростей передачи от 4,98 до 31,67 Мбит/с в полосе частот 8 МГц.
Если задаться очень скромными требованиями к качеству передачи (2 Мбит/с), то это соответствует 2-16 программам телевидения на одной несущей частоте. Или вдвое меньше (до 8 программ) при скорости 4 Мбит/с с лучшим качеством. В отличие от ATSC передаваемые ТВ программы никак не связаны со структурой сигналы, и в одном транспортном потоке могут присутствовать форматы как телевидения стандартной, так и высокой четкости с разложением на 525 и 625 строк.
Почему стоит выбрать DVB-T
Работа телецентров с перекрывающимися зонами уверенного приема на одной частоте полностью отсутствует в ATSC и рекомендована к применению в стандарте DVB-T. Это разрушает привычное представление о частотном планировании, делает не нужным строительство высоких антенных сооружений, уменьшает в 6-7 раз количество передатчиков и позволяет дополнительно уменьшить мощность передатчика на 25-30%.
Стойкость к многократным переотражениям при равенстве основного и отраженного сигналов обеспечивается в стандарте DVB-T и полностью отсутствует в ATSC (уровень отраженного сигнала менее 15 дБ).
Стандарт DVB-T не требует отказа от существующих программ аналогового телевидения, так как обладает высокой защищенностью к аналоговому ТВ. Меньшая защищенность стандарта ATSC, даже при наличии режекторных фильтров NTSC, заставила правительство США принять программу полного перехода на цифровое вещание.
Ширина полосы частот в стандарте DVB-T полностью адаптируется под любую страну и фиксирована в ATSC (только 6 МГц).
Скорость передачи в стандарте DVB-T варьируется от 5 до 32 Мбит/с и фиксирована в ATSC (19,3 Мбит/с).
Стандарт DVB-T поддерживает, так же как и ATSC, ТВЧ и Долби АС-3.
Фактическая мощность передатчика, например, в Лондоне составляет менее 10 кВт и обеспечивает уверенный прием стандарта DVB-T в радиусе 114 км, тогда как в Нью-Йорке передатчик мощностью 350 кВт не обеспечивает 100-процентного приема и в радиусе 10 км.
Прием на комнатную антенну или переносной телевизор не вызывает проблем в стандарте DVB-T, в стандарте ATSC в большинстве случаев невозможен.
Параметры стандарта DVB-T могут быть хорошо приспособлены к городской застройке. Есть возможность выбора: постепенно увеличивая количество передаваемых ТВ программ, при появлении зон неуверенного решить - выгоднее улучшить кабельную разводку в домах или ограничиться достигнутым количеством программ.
Стандарт DVB-T позволяет применять обычное устаревшее антенно-распределительное оборудование, без всяких доработок, тогда как в ATSC необходимо применение узконаправленных ТВ антенн с возможностью подстройки (при помощи мотора), не гарантирующее при этом уверенный прием.
Оборудование для реализации проектов DVB-T
Поскольку в основе всех стандартов семейства DVB лежит стандарт цифрового сжатия MPEG-2, то для того, чтобы организовать вещание в DVB-T требуется тот же набор оборудования, что и для организации спутникового цифрового вещания. Прежде всего это видео/аудио кодеры MPEG-2 DVB, IP/DVB инкапсуляторы и мультиплексоры. Отличаются только модуляторы, поскольку каждый из стандартов DVB (-S, -C, -T) отличается именно своим типом модуляции, т.к. каждый из них разработан для оптимальной передачи по различным физическим средам (кабель, спутниковые линии, эфирное вещание).
В качестве примера построения вещательного центра в стандарте DVB-T можно рассмотреть состав и принцип работы тестовой зоны DVB-T вещания, которая создана в Москве на базе вещательного центра "ОКТОД" при активном участии компании SYRUS SYSTEMS, которая поставила и смонтировала весь набор каналообразующего оборудования MPEG-2 DVB.
В состав оборудования, поставленного компанией SYRUS SYSTEMS входит: видеокодеры CODICO E-1000 Professional, аудиокодеры CODICO E-1000 Audio, мультиплексор CODICO RTM-3800, IP DVB инкапсулятор CODICO IGW-600, медиасервер, абонентские приемники DVB-T, система управления и контроля, программа гарантированной доставки данных FAZZT Digital Delivery System. На центральной передающей станции формируется пакет цифровых программ и излучается в эфир в стандарте DVB-T на частоте одного из эфирных телевизионных каналов (34 канал, 578 МГц). Абонентские приемники принимают сигнал с эфира, декодируют его и выдают видеоизображение и звук на телевизор. Радиопрограммы могут выводиться с приемника на аудиоусилитель для прослушивания. Одновременно с ТВ и РВ программами в пакете, по отдельному каналу передаются данные IP трафика. При этом организованы как однонаправленная передача данных без обратного канала, так и доступ в Интернет по асимметричной схеме с запросом через dial-up соединение.
Созданная система позволяет организовать передачу в одном пакете, на одной несущей частоте, до 4 телевизионных программ, 8 радио программ и канал передачи данных. Прием осуществляется на обычные телевизионные антенны.
Заключение
Реализованные проекты показали неоспоримые преимущества DVB-T. Австралия провела скрупулезный сравнительный анализ стандартов DVB-T и ATSC, результатом которого явился выбор DVB-T. Сингапур провел сравнительные испытания DVB-T, ATSC и японского стандарта ISDB-T, который является модификацией DVB-T, и также выбрал DVB-T. Интересно, что стандарт ISDB-T не выдержал испытаний на движущемся автомобиле в туннеле. Страны ближнего зарубежья в выборе стандарта ЦТ последуют за Россией. Огорчает, что кое-кто в России до сих пор старается склонить общественное мнение в пользу стандарта ATSC. Около 400 компаний телевещателей США отказываются вещать в стандарте ATSC и требуют принятия стандарта DVB-T как государственного. И, несмотря на то, что FCC продолжает внедрять ATSC, выделение диапазона для экспериментального вещания DVB-T в США является подтверждением неправильности ее политики.
Реальное уменьшение мощности передатчика обеспечивается только для DVB-T. В России возможно использование существующего антенно-фидерного оборудования для стандарта DVB-T, и это очень важно с учетом экономической ситуации. От применения DVB-T выигрывают различные группы населения. Люди "с толстым кошельком" получают в дом цифровое качество телевидения с домашним кинотеатром, телевидение по запросу, не афишируя этого, так как не требуются спутниковые антенны. В простейшем случае прием возможен на комнатную антенну. Цифровое телевидение обеспечивает также доступ в Internet с обратным каналом через сотовую телефонию.
Люди со средним достатком смогут подключить к своим телевизорам недорогие приставки (STB) и получать студийное качество ТВ программ.
Люди с низким уровнем жизни тоже выигрывают. Поскольку частотный план многих городов практически исчерпан, увеличение количества каналов невозможно без перехода к ЦТ. Владельцы новых телевизионных программ будут предоставлять приемное оборудование кабельным операторам, которые будут распределять программы ЦТ в обычном аналоговом виде. Телезрители при таком построении сети оказываются ближе к источнику телепрограммы, и качество при этом повышается существенно, так как выходной сигнал цифрового приемника имеет студийное качество и гораздо меньше подвержен влиянию каких-либо помех при распределении по кабельной сети.
Телевизионным компаниям выгодно DVB-T, потому что на одной частоте можно передавать несколько программ и, соответственно, затраты на лицензию снижаются, а как следствие снижение потребности в частотах также неминуемо приведет к уменьшению их стоимости.
Возможность приема сигнала DVB-T на движущемся транспорте (до 300 км/ч) также демонстрирует преимущество перед ATSC. В США предусмотрено применение стандарта DVB-T для этих целей. Организация передающих ТВ сетей ЦТ на одной частоте позволяет доставлять телевидение в густонаселенные районы России и ближнего зарубежья. Не обязательно строить высокие башни и применять мощные передатчики. ATSC не позволяет этого, а также не идет речи о возможности передачи данных.
Mirant.Kiev.ua |