26.02.2007. Цифровое ТВ

Зачем это нужно
По идее, цифровое ТВ, в конечном счете, должно оказаться дешевле и удобнее для потребителя. Любителям ТВ-шоу и прочих развлекательных программ станут доступны интерактивные сервисы, когда участвовать в формировании эфира можно будет посредством некоего подобия браузера прямо из телевизора. Кроме того, появится возможность просматривать любимые телеканалы в дороге при помощи мобильного телефона или карманного компьютера с поддержкой данной функции.
Но на самом деле стремление к цифровому ТВ объясняется в большей степени возможностью владельцев сервиса показывать намного больше каналов, используя меньший спектр частот. А происходит все следующим образом.

Основы
Очевидно, что вещательное цифровое ТВ отличается от аналогового главным образом по характеру передаваемых данных, которые транслируются в цифровом виде. То есть видео и аудио должны сначала закодироваться выбранным кодеком, а затем упаковаться в поток данных определенного типа, который передается в виде электромагнитных волн по воздуху или в виде электрического сигнала по кабелю. После этого волны или сигнал принимаются с помощью специального устройства, дешифруются и передаются на экран.

Иногда под цифровым телевидением понимается IPTV, или Internet TV, когда видео транслируется с локального или удаленного сервера. Однако в данной статье речь пойдет именно о вещательном телевидении.

Множество стандартов возникло из-за различных мнений насчет оптимального способа упаковки и передачи видеоконтента. Его можно передавать через спутник, по кабелю, через локальные вещательные станции или путем комбинирования всего вышеперечисленного. Умножьте все это на ряд постоянно развивающихся форматов сжатия видео и различных технологий модуляции/демодуляции сигнала и прибавьте к результату проблемы лицензирования частот в каждой стране. Получившаяся цифра и будет отражать необходимое количество стандартов цифрового видео.

В общем, преград для всемирного цифрового счастья предостаточно, даже если не учитывать ограниченное распространение совместимого клиентского оборудования. А всеобщее стремление к «цифре» объясняется одним простым фактом: в одном и том же диапазоне частот поместится больше цифровых каналов. Причем чем эффективнее сжимается и упаковывается цифровой видеосигнал, тем меньше места в спектре выделенных частот ему требуется.

Подобным стремлением к минимализму и объясняются недостатки цифрового ТВ: в определенных случаях картинка цифрового сигнала оказывается хуже аналогового изображения при условии одинакового качества приема. Видео распадается на квадраты, искажаются цвета, пропадает или ошибочно воспроизводится звук. Впрочем, постоянное совершенствование и разработка новых стандартов цифрового телевидения как раз и происходят для избавления от недостатков и увеличения количества преимуществ.

DVB
DVB (Digital Video Broadcasting) — международный набор стандартов цифрового телевидения. Включает в себя:

• Спутниковое вещание: DVB-S, DVB-S2, DVB-SMATV.
• Спутниковое вещание для портативных устройств: DVB-SH.
  
• Кабельное вещание: DVB-C.
  
• Наземное вещание: DVB-T, DVB-MT, DVB-MC, DVB-MS.
  
• Наземное вещание для портативных устройств: DVB-H.

Перечисленные стандарты различаются фактически только методом модуляции видеосигнала. Видео упаковывается в транспортный поток MPEG-2 и передается соответствующим стандарту способом. Самыми интересными и перспективными являются DVB-S2/DVB-S2 и DVB-SH/DVB-H.
DVB-S — самый распространенный стандарт спутникового вещания. DVB-S2 появился вместе с развитием HDTV и отличается от DVB-S более эффективным способом модуляции сигнала и новым кодеком H.264 для сжатия видео, которое передается в том же контейнере. Данный формат позволяет поместить HDTV-сигнал в таком же спектре частот, который ранее требовался для передачи видео в обычном разрешении. Новый стандарт наделен обратной совместимостью и работает на 30% эффективнее DVB-S.

DVB-H описывает технологию получения видеосигнала, транслируемого с наземных станций, и является вариацией DVB-T, оптимизированной для портативных устройств. Видеоряд упакован в стандартный MPEG-2 TS-поток и для экономии заряда батареи передается фрагментами до 2 Мбит через определенные промежутки времени.

Стандарт DVB-SH анонсирован в феврале 2007 года. Он предполагает гибридную сеть ТВ-вещания, созданную из ряда спутников и дополненную наземными передатчиками, усиливающими сигнал в зонах, которые не могут покрываться спутником (например, метро, помещения в зданиях). Сервис основан на стандарте DVB-H и будет запущен в 2009 году.

Сети DVB-H распространены во многих крупных городах Европы, Азии и Африки. Этот стандарт получил поддержку производителей телефонов: Nokia в своем арсенале имеет две серийные модели (N92 и N77), Samsung — четыре (SGH-P910, SGH-P920, SGH-P930 и SGH-P940). LG, Philips и Gigabyte также выпустили сотовые аппараты с аналогичным функционалом.

Данный формат поддерживают такие компании, как Sony, Infineon, Nvidia, Texas Instruments, Alcatel-Lucent и многие другие. К слову, стационарные версии DVB распространены не менее широко.

1seg
1seg — это экспериментальная сеть, запущенная японским оператором KDDI осенью 2005 года, которая получила официальный статус более года назад. Система не вышла за пределы Японии, хотя и там не получила широкого распространения из-за невозможности использования в движущемся транспорте и слабой поддержки производителей.

Видео кодируется кодеком H.264, аудио — AAC+SBR. Сигнал упаковывается в MPEG2 TS-поток с битрейтом 416 Кбит/с (включая дополнительные интерактивные сервисы). Может осуществляться трансляция видео высокого разрешения, но разрешение при этом уменьшается до 320x240 (широкоэкранное видео — до 320x180).
Стандарт используется японскими производителями телефонов и операторами мобильной связи. Например, Toshiba 911T, самый мультимедийный телефон в мире, тоже поддерживает 1Seg.

DMB
Технология DMB (Digital Multimedia Broadcasting) разработана в Южной Корее в рамках национального IT-проекта. Ее эксплуатация началась в 2005 году. Так же как и DVB, данная технология представляет собой семейство стандартов, отличающихся способом передачи контента:

• Спутниковое вещание — S-DMB.
  
• Наземное вещание — T-DMB.

Видео сжимается с помощью кодека MPEG-4 Part 10 (H.264), аудио — с помощью MPEG-4 Part 3 BSAC или HE-AAC V2, а комплексный поток упаковывается в MPEG-2 TS.

По стандарту T-DMB сигнал передается через наземные трансмиттеры, а S-DMB предполагает наличие сочетания спутников и наземных трансмиттеров в местах слабого приема. Технология разрабатывалась с учетом последних достижений и опыта разработчиков DVB-H, поэтому вполне может использоваться и в портативных, и в стационарных устройствах.

DMB в настоящее время широко распространен в Южной Корее, причем многие районы покрыты сетью T-DMB, и за подключение плата не взимается. В ряде европейских и азиатских стран уже проводится или планируется проведение тестовых испытаний технологии. Например, в Китае сервис DMB будет внедрен к Олимпиаде 2008 года, в Германии он был запущен перед чемпионатом мира по футболу 2006 года, в некоторых городах Норвегии, Италии, Франции и Индонезии сеть работает в тестовом режиме.

Из списка производителей, поддерживающих стандарт, стоит выделить Kenwood, Sony, JVC, Pioneer, Technics, Samsung.
Разрабатывается оборудование самого разного характера — от мобильных телефонов до стационарных телевизоров.
Первое в мире коммерческое вещание цифрового телевидения в 2005 году было организовано именно с помощью технологии S-DMB в Южной Корее. Компания TU Media, дочерняя компания SK Telecom, в данный момент обслуживает больше миллиона абонентов.

MediaFLO
Стандарт MediaFLO (Media Forward Link Only) разработан американской компанией Qualcomm специально для США и Канады. В этих странах нельзя использовать DMB, так как частоты УКВ заняты телевидением, а УВЧ-частоты отданы под военные нужды. В то же время можно было бы поддержать DVB-H, ведь он вполне функционален в диапазоне 470 — 862 МГц, но Qualcomm разработала отдельный стандарт.

Вещание MediaFLO ведется на частотах около 700 МГц по такой же схеме, как и у многих из вышеописанных стандартов: видео сжимается с помощью кодека H.264, аудио — с помощью MPEG-4 HE-AAC и все вместе упаковывается в MPEG-2 TS-поток. Формат изначально разрабатывался для мобильных телефонов, поэтому разрешение видео ограничено QVGA. Видеопоток посылается небольшими порциями для экономии заряда батареи, а обратная связь обеспечивается посредством сотовых сетей.

Для повышения стабильности сигнала видеопоток делится на основной слой, который могут получать все пользователи, находящиеся в радиусе покрытия сети, и дополнительный, который доступен только тем, у кого качество сигнала выше определенной отметки.
В данный момент о поддержке MediaFLO заявили компании LG и Samsung, а операторы Verizon и Cingular объявили о тестовой эксплуатации, но рабочих сетей до сих пор не развернуто.

Подводя итоги
Казалось бы, зачем создавать новые сложные сети вещания, думать о том, как организовать обратную связь для интерактивных сервисов, если во многих странах прекрасно работают сети третьего поколения, существуют «толстые» интернет-каналы и развита инфраструктура. Виной всему огромные потоки данных, которые требуется передавать по этим самым каналам. Даже в локальной сети постоянный броадкастинг видео создает лишнюю нагрузку на ее узлы и ощутимо отражается на пропускной способности.

Та же самая ситуация в сотовых сетях. Причем третье поколение связи — не панацея, ведь при большом количестве пользователей, одновременно просматривающих видео, нагрузка на сеть становится неоправданно высокой. Поэтому единственный выход — создавать отдельную вещательную сеть, которая если что-то и загружает, так это радиоэфир. Проблем здесь не меньше, но они иного характера, причем в некоторых случаях выгоднее использовать существующую инфраструктуру.