Цифровізація і багатофункціональність - пріоритети розвитку технічних засобів російського ТВ мовлення

Ю. Б. Зубарєв, Ю. Д. Шавдія

Історія ТБ мовлення в нашій країні від становлення до його перетворення в найбільш масове засіб інформації широко висвітлена в літературі. Тому тут розглядається новий етап його розвитку - впровадження цифрового телебачення як найбільш важливою в галузі телебачення проблеми останнього десятиліття [1-4].

Вітчизняні фахівці багато років займалися науковими дослідженнями, пов'язаними з розробкою перспективних систем ТБ мовлення, включаючи цифрові. Так, ще в 1980 р. на основі проведених науково-дослідних робіт була видана перша книга з цифрового телебачення [5], в якій разом з фізичними основами цифрового телебачення визначалися напрямки і етапи еволюційного переходу від аналогового ТВ мовлення до цифрового.

Мережа російського аналогового ТБ мовлення - одна з найбільших у світі; її програмами охоплено до 98,8% населення. При цьому дві програми дивляться 96,4%, три - 65,2%, чотири і більше - 31,3% жителів країни. Ці показники забезпечують 334 радіопередавальні телевізійні станції потужністю 1 кВт і більше, в тому числі 294 станції, транслюють два і більше програм; 7102 станції потужністю менш 1 кВт, у тому числі 3820 станцій, що передають два і більше програм.

Подача програм здійснюється пятізоновой супутникової телевізійної системою, а також приблизно по 300 тис. канало-км радіорелейних ліній.

Розвиток ТБ мовлення в останнє десятиліття співпало з непростим періодом в історії нашої держави. Для керівництва ТБ мовленням на початку 1992 р. створюється Всеросійська державна телерадіокомпанія (ВГТРК), яка вперше об'єднала в Росії всі основні засоби створення телевізійних і звукових програм. При цьому радіотелевізійні станції пізніше були передані з відання Мінзв'язку Росії в холдинг ВДТРК Федеральної служби телебачення і радіомовлення (ФСТР), а потім у Минпечати Росії. У 1992 р. Верховна Рада Російської Федерації прийняла Закон про засоби масової інформації, який дозволяв створювати приватні телевізійні радіомовні компанії. Так з'явилися НТВ, ТБ-6, СТС, РенТВ та ін Забігаючи наперед, відзначимо, що 13 серпня 2001 Указом Президента Росії № 1031 було утворено Федеральне державне унітарне підприємство "Российская радіо і телевізійна мовна мережа (ФДУП "ТВ мережа ").

Останнім десятиліття ТВ мовлення базувалося, в основному, на технічних засобах ще радянського періоду, що впроваджувалася Держтелерадіо СРСР, Мінзв'язку СРСР і МПЗЗ і частина яких потребує значної модернізації.

Але повернемося до питань цифрового телебачення. Телевізійна 11-я Дослідницька комісія (11 ІК) сектора радіозв'язку Міжнародного союзу електрозв'язку зіграла важливу роль у визначенні напрямку досліджень багатьох колективів розробників цифрових систем, а також інших інформаційних служб і обладнання. Світова визнання отримав досить істотний внесок Росії в міжнародну стандартизацію цифрових систем інтерактивного ТБ мовлення, стратегію і тактику їх досліджень. Саме нашій країні належить пріоритет у розробці методології міжнародної стандартизації цифрових ТВ систем, глобальної підходу до них і моделі багатоцільовий системи масового інтерактивного мовлення. На їх основі створено ряд основних рекомендацій МСЕ-Р, що мають статус єдиних загальносвітових стандартів [6, 7].

Для Росії ці стандарти мають величезне значення, тому що, будучи цінним сплавом сучасних світових досягнень, вони дозволили заощадити величезні кошти і час, оскільки ні одна окремо взята країна не в змозі провести настільки значні за обсягом і витратам дослідження і розробки з гарантією їх міжнародного прийняття. З'явилася можливість сміливо приступити до впровадження нових технічних рішень, не побоюючись, що російські технології не будуть відповідати світовому рівню, не буде обмежень входження Росії в міжнародне інформаційне співтовариство.

З урахуванням цих стандартів тривала інтенсивна розробка ряду сценаріїв впровадження цифрового ТБ мовлення, що дозволяє значно підвищити ефективність використання радіочастотного спектру, а також норм на цифрові ТБ канали, інтерактивні системи, технічні основи для перегляду планів наземного і супутникового ТБ мовлення та ін [8, 9].

У середині 90-х років XX століття у ТВ мовленні настала нова ера, яка характеризується появою повністю цифрових систем створення і доставки сигналів ТВ програм, мовлення та інших інформаційних служб. Були прийняті основоположні -- загальносвітові стандарти в галузі цифрового наземного і супутникового ТБ мовлення [6].

Цифрові кодери з'явилися на супутникових лініях зв'язку для передачі сигналів ТВ програм на великі відстані, а потім і для безпосереднього мовлення.

Чому застосування цифрових методів почалося з супутникового сегменту російської системи ТВ мовлення? Це було зумовлено кількома основними причинами:

значною широкосмугового каналів (+27 МГц) в порівнянні з ефірним наземним ТБ мовленням (6-8 МГц);

наявністю на ринку цифрового устаткування для супутникових каналів;

обмеженим числом передавального і приймального обладнання для доставки ТВ програм;

зношеністю парку супутникових транспондерів і, як наслідок, браком ємності супутникових каналів.

Початком впровадження цифрового ТВ мовлення в Росії можна вважати нарада 19 серпня 1997 р., проведене з ініціативи заст. голови Держкомзв'язку Росії А. С. Батюшкіна. Актуальність наради обумовлювалася підсумками зборів СЕРТ з планування цифрового наземного телевізійного мовлення (м. Честер, Великобританія, липень 1997 р.), а також важливістю обговорення питань впровадження цифрового ТВ мовлення в Росії [3]. Л. Н. Дмитрієв (голова делегації Росії на зборах в м. Честері) звернув увагу на прагнення ряду адміністрацій в Європейському регіоні форсувати впровадження систем цифрового наземного ТВ мовлення, а також на те, що при багатосторонньому плануванні мереж цифрового мовлення особливу увагу слід приділяти питанням координації систем мовлення аналогового, цифрового та змішаного в прикордонних зонах з європейськими країнами та країнами СНД.

За проблем розвитку цифрового телебачення в Росії головний науковий співробітник НИИР, голова 11-ї ІК МСЕ-Р професор М. І. Кривошеєв відзначив, що впровадження цифрових методів у ТВ мовлення носить характер технічної та технологічної революції, яка охоплює всі ділянки ТВ тракту. Він запропонував низку положень Концепції впровадження цифрового ТВ мовлення, яка повинна грунтуватися на новому до нього підході, як багатоцільовий інформаційній системі. Ця система буде забезпечувати комплексне вирішення проблем багатопрограмного ТБ віщання, передачі великих об'ємів даних, масової інтерактивності, а також ряду завдань мультимедіа та інших інформаційних служб. Концепція повинна базуватися на поступовий, еволюційний перехід від аналогового телебачення до цифрового. Необхідно передбачити адресацію та обмежений доступ до ТВ програмам, додаткової інформації та даними, до окремих їх фрагментів, а також можливість сполучення систем ТБ мовлення з мережею Інтернет та іншими аналогічними мережами.

Слід передбачити створення пари комплексів створення ТВ програм та інших джерел інформації з наземними і супутниковими мережами розподілу і мовлення, включаючи КТВ, LMDS, MVDS, MWS, MMDS. При цьому треба враховувати прогрес цифрових технологій, що приводять до інтеграції різних служб.

Розробка і впровадження в Росії запропонованих багатоцільових систем цифрового ТВ мовлення, видеоконференц-зв'язку, поряд з вирішенням багатьох інформаційних проблем, створять передумови подальшого розвитку радіопромисловості, мікроелектроніки та інших галузей економіки, з огляду на величезний потенційний ринок збуту таких виробів як у нашій країні, так і за кордоном.

У рамках Концепції буде потрібно організувати експериментальну перевірку на досвідчених ділянках (змішаних-аналогових і цифрових) ряду пропонованих рішень з урахуванням унікальності вітчизняної ТБ мовної мережі. Ці пропозиції були схвалені на нараді 19 серпня 1997

За різними напрямками розвитку приймальні техніки виступив віце-президент АТВТ "Телеком" д.т.н. К. І. Кукк. Він, зокрема, запропонував розробку в перспективі цифрового багатостандартних ТВ приймача.

В. Г. Маковеїв (заступник голови ФСТР) звернув увагу на те, що впровадження цифрового техніки у ТВ мережа - проблема скоріше економічна, ніж технічна, так як вона впирається головним чином у брак коштів. Необхідно прискорити розробку норм на передачу цифрових сигналів ТВ програм по супутникових каналах, створити дослідні ділянки в Москві й Санкт - Петербурзі.

У підсумковому протоколі цієї наради зафіксовані основні напрями впровадження наземного цифрового ТВ мовлення в Росії та розгортання робіт із створення широкої кооперації колективів ряду науково-дослідних інститутів і конструкторських бюро промисловості для розробки цифрової професійної та побутової апаратури.

Доречно відзначити, що при проведенні подальших досліджень російські фахівці враховують глобальний підхід до двостороннього (інтерактивного) телебаченню, який охоплює всі можливі засоби для організації національних і міжнародних зворотних каналів (включаючи рухому радіозв'язок, низько супутники і інші наземні та супутникові системи). За ініціативою Росії ця проблема вивчалася 11-й ІК МСЕ-Р з 1993 р., і сьогодні є великий пакет єдиних міжнародних стандартів на інтерактивні канали, що організовуються в різних засобах телекомунікацій [10].

Дослідницька МККР комісія погодилася з пропозицією нашої країни передбачати для цифрових систем високої чіткості (ТБВЧ), багатопрограмного телебачення (МПТВ) передачу стислих сигналів у стандартних каналах 6, 7, 8 МГц.

НИИР приймає участь у розробках і міжнародної гармонізації мовних стандартів відеоконференцій з урахуванням систем мультимедіа, маючи на увазі що намітилися тенденції конвергенції мовленнєвих і обчислювальних систем [1-4, 11].

Держкомзв'язку Росії в 1998 р. доручив НИИР в найкоротший термін детально досліджувати можливість початку практичних робіт з впровадження наземного цифрового ТБ мовлення в нашій країні. Ці дослідження були здійснені під науковим керівництвом члена-кореспондента РАН директора НИИР Ю. Б. Зубарєва наприкінці 1998

Основою для подальшого розгортання робіт із цифрового наземного ТВ мовлення стала схвалена Науково-технічною радою (НТС) Держкомзв'язку Росії "Концепція впровадження наземного цифрового телевізійного і звукового мовлення в Росії " і постанова колегії Держкомзв'язку Росії від 26 березня 1999 р. "Про концепції впровадження цифрового телевізійного і звукового мовлення в Росії ". Ці важливі роботи, спрямовані на прискорення впровадження цифрового ТВ мовлення, проводилися за участю та активній підтримці Мінзв'язку Росії, АТВТ "Телеком", Минпечати Росії, Мінекономіки Росії.

Впровадження цифрових систем ТБ мовлення забезпечує:

підвищення якості та розширення послуг, що надаються населенню в області мовлення та зв'язку;

більше ефективне використання радіочастотного спектру і зниження енергоспоживання радіоелектронними засобами;

створення передумов для масового виробництва нових видів приймальної і передавальної апаратури.

При цьому впровадження цифрового наземного ТВ мовлення передбачає перехідний період від аналогового до цифрового мовлення приблизно протягом 15 років, під час якого ці системи будуть працювати спільно.

Початковий етап впровадження передбачав створення дослідних ділянок для підтвердження основних положень Концепції, перевірки технологічних особливостей мережі, відпрацювання технічної та експлуатаційної документації. При цьому передбачалося збереження існуючих частотних планів аналогового мовлення та виділення частот для організації дослідних ділянок.

НИИР спільно з АТВТ "Телеком" розробив вихідні матеріали для створення дослідної зони цифрового ТВ мовлення в Нижньому Новгороді. У цей же період АТВТ "Телеком" під егідою РАСУ розгорнув НДДКР "Мультіканал" по промислового випуску цифрового передавального, приймального і студійного обладнання на російських підприємствах. Одночасно було погоджено виділення частотних каналів для досвідчених зон у Москві, Санкт-Петербурзі та Нижньому Новгороді [8]. В даний час зусиллями вітчизняних НДІ і підприємств (АТВТ "Телеком", НІІТ, АТ "МАРТ", НИИР, АТ мнитися, АТ ВНІІТР і ін) створені дослідні ділянки в Нижньому Новгороді та Санкт-Петербурзі, ведуться роботи з організації цифрового ТВ мовлення в Москві [3].

На дослідних зонах проводяться комплексні дослідження наземних і супутникових систем для МПТВ з урахуванням їх взаємодії не тільки з постачальниками мовних, а й інших (інтерактивних) служб (наприклад, мультимедійних) з метою уточнення функціонування цифрових засобів в зонах змішаного мовлення (аналогового і цифрового), підготовки й апробації вітчизняних нормативно-технічних документів.

Випробування в Нижньому Новгороді та Санкт-Петербурзі почалися з перевірок та уточнення функціонування системи наземного цифрового телевізійного мовлення через ефірні передавачі (DVB-T). Ця система представляється універсальної по використання мовного каналу на виділеному діапазоні частот (спільно з аналоговим мовленням). Цифрові ТВ сигнали передаються каналами з смугою частот по 8 МГц. Для організації інтерактивних каналів (прямого і зворотного) використовуються інші системи, наприклад, із застосуванням телефонної мережі загального користування (ТМЗК).

Особливості що проводяться зараз випробувань - великий обсяг перевірок, пов'язаний з встановленням стійкої зони покриття (близькій до заданої) без "мертвих" просторів, в яких прийом відсутній. Досвід впровадження DVB-T в інших країнах (наприклад, в Іспанії, м. Мадрид) показав наявність приблизно 10% контрольних точок, в яких напруженість поля достатня, але перешкоди у цифровому радіосигналі виключали можливість прийому. Був зроблений висновок про те, що в конкретних точках дослідної зони слід вимірювати не тільки напруженість поля, але й спектральні характеристики сигналу.

Випробування інших наземних систем: цифрових кабельних систем (DVB-C) і багатоканальних багатоадресної розподільних систем (MMDS, LMDS і MWS) можуть початися після встановлення відповідних технічних засобів. Проте у ряді міжнародних документів (наприклад, МСЕ-Т, Рекомендація J.I50) вказується на можливість використання в усіх наземних системах єдиного цифрового сигналу (з модуляцією COFDM, числом піднесуча 2048 або 8192 і смугою частот приблизно 7,9 МГц). При цьому в цифрової наземної мережі ТВ система DVB-T може стати "сігналообразующей", а інші системи - чисто розподільними, переносять одержуваний сигнал в заданий канал і діапазон частот. У цьому разі випробування системи DVB-T стають ключовими, оскільки дозволяють відпрацьовувати приймальню техніку і уніфікувати абонентський приймач для всіх систем.

До теперішнього часу випробування в діючих досвідчених зонах цифрового телевізійного мовлення показали: можливість високоякісного багатопрограмного телевізійного мовлення; ефективне використання частот; можливість стійкого прийому цифрових ТВ програм на стаціонарні, переносні та мобільні (у русі) засобу; правильність основних положень Концепції впровадження цифрового ТБ мовлення.

Отримані результати принципові для вітчизняної практики. На їхній основі формулюються перераховані нижче напрями подальших досліджень.

1. Організація потоків додаткової інформації у складі сигналів програм цифрового телебачення.

З цього напрямку очікується отримати результати з уточнення пропускної здатності: єдиною для систем з загальним видом модуляції або різної для незалежних систем, а також за способом передачі додаткової інформації у складі загального потоку (можливо для всіх наземних систем) або в спеціально виділеному діапазоні (тільки для DVB-C і систем типу MMDS).

Єдина величина пропускної спроможності може виявитися невисокою і визначатися системою DVB-T, але зате потік розподіляється користувачемз мінімальними витратами (відсутні "транскодування" і "трансмодуляціі"). Для передачі додаткової інформації потрібно виділення певної частини пропускної здатності систем.

Для незалежних систем передача додаткової інформації носить індивідуальний характер, і її обсяг може змінюватися при стикуванні цифрових систем.

2. Ініціювати широке використання інтерактивності при передачі ТВ програм, реклами тощо з використанням інтерактивних терміналів, а на першому етапі - телефонної мережі.

З цього напрямку очікується одержання результатів з організації та вибору параметрів інтерактивних каналів. Фахівці вважають, що досить довго в інтерактивному цифровому ТВ мовленні буде використовуватися асиметрична схема: досить широкосмуговий канал у бік користувача (прямий інтерактивний канал) і вузькосмуговий - від користувача (зворотний інтерактивний канал). У разі передачі інтерактивної інформації користувачеві через мовний канал (подібно до передачі додаткової інформації, про яку йшлося вище) інтерактивна схема спрощується. Користувач отримує мовну і інтерактивну інформацію тільки з мовного каналу (виключається прямий інтерактивний канал) і взаємодіє з постачальниками інформації по зворотному інтерактивного каналу.

При передачі інтерактивної інформації користувачеві через мовний канал слід враховувати його пропускну здатність і корисну завантаження (Програма ТБ, електронна програма передач, службова інформація). Зазначений режим використання мовного каналу може бути застосований для передачі інформації користувачеві з мережі Інтернет (Webcasting, Web-мовлення).

У НИИР розробляється система для перегляду текстових матеріалів Інтернет-сторінок на екрані звичайного ТБ приймача [1].

Описаний варіант доступу в Інтернет має ряд переваг в порівнянні з традиційним способом за допомогою модему.

Запропонована і розроблена концепція оцінки якості зображень і вимірювань в цифровому ТБ мовлення [12]. У процесі суб'єктивних експертиз використовується розроблений в Росії метод полів порівняння, що вводять в цифровий сигнал і зіставляється з суміжними ділянками зображення на екрані ТБ. Досягнутий прогрес як в розробці методів суб'єктивних оцінок, так і в створенні пристроїв для об'єктивних вимірювань.

Грунтуючись на позитивних результатах наземного цифрового ТВ мовлення, отриманих на досвідчених ділянках, супутникового цифрового мовлення (НТВ +), супутникового розподілу цифрових ТВ програм (ФДУП "Космічна зв'язок", ВГТРК), було прийнято рішення про створення робочої групи з міжвідомчої координації розробки нормативно-технічної бази на цифрове телевізійне мовлення на чолі з керівником Департаменту радіо, телебачення і супутникового зв'язку Мінзв'язку Росії В. І. Павловим.

На закінчення наведемо оцінку становища з цифровим ТБ мовленням, дану заступником міністра РФ по зв'язку та інформатизації В. В. Тимофєєвим: "Росія сьогодні стоїть на порозі цифрового століття. Нова технологія здатна вирішити відразу кілька проблем: реалізувати велике число переданих програм і значно вивільнити частотний спектр. Незважаючи на розвиток кабельного, супутникового і інших видів мовлення, ми поки не можемо повністю відмовитися від ефірного мовлення ... "[13].

Список літератури

Зубарев Ю. Б., Кривошеєв М. І., Красносельський И. Н. Цифрове телевізійне мовлення (основи, методи, системи). - М.: НИИР. - 2001.

Зубарев Ю. Б., Кривошеєв М. І., Шавдія Ю. Д. Основні напрямки розвитку цифрового телевізійного мовлення в Росії.// Технології та засоби зв'язку. - 1998. - № 5.

Зубарев Ю. Б., Кукк К. І. Цифрове телевізійне мовлення - від концепції до промислового виробництва. Доповідь на пленарному засіданні 5-го Міжнародного конгресу HAT 24-27 жовтня 2001 р. - Москва.

Кривошеєв М. І. Міжнародний підхід до розвитку цифрового мовлення.// Світ зв'язку. Connect. - 2001. - № 11.

Кривошеєв М. І., Віленчік Л. С., Красносельський И. Н. та ін Цифрове телебачення. Под ред. М.І. Кривошеєва. - М.: Связь. - 1980.

Кривошеєв М. І. Новий підхід до ТБ мовлення на базі багатоцільового цифрового інтерактивного контейнера// Електрозв'язок. -1997. - № 12.

50-я річниця 11-й Дослідницької комісії МСЕ-Р// Техніка кіно і телебачення. - 2000. -- № 7.

Зубарев Ю. Б., Биховський М. А., Кривошеєв М. І., доти В. Г., Шавдія Ю. Д. Основні напрями впровадження цифрового мовлення в Росії //Broadcasting (телебачення і радіомовлення). - 2000. - № 3.

Зубарєва Н., Л. Кантор, Мамчснков П., Поволоцький І. Як результати ВКР-2000 вплинуть на розвиток російської радіомовної служби// Broadcasting (телебачення і радіомовлення). - 2000. - № № 5, 6.

Кривошеєв М. І., Федунін В. Г. Інтерактивне телебачення. М.: Радіо і зв'язок. - 2000.

Дворкович А. В., Дворкович В. П., Зубарєв Ю. Б та ін Цифрова обробка телевізійних та комп'ютерних зображень. Под ред. Ю. Б. Зубарєва і В. П. Дворковича. 2-е изд., Перераб. і доп. -М.: HAT. - 1997.

Кривошеєв М. І, Мкртумов А. С., Федунін В. Г. Основні положення концепції оцінки якості зображення і вимірювань в цифровому телебаченні. Прогрес технологій телерадіомовлення. Другий міжнародний конгрес HAT, TRBE 4-6 листопада 1998 р.-Москва.

Тимофєєв В. В. На порозі цифрового століття// Broadcasting (телебачення і радіомовлення). - 2000. - № 7.