Авторы:
Валерий Дотолев, начальник отдела ФГУП НИИР
Андрей Лашкевич, начальник лаборатории НТЦ анализа ЭМС ФГУП НИИР
Главным отличием цифрового эфирного вещания является гарантированное качество услуг и общедоступность. Низкие, по сравнению с другими наземными технологиями, затраты на строительство сетей, охватывающих большие территории, и отсутствие перегрузки сети при сколь угодно большом увеличении числа абонентов в пределах зоны обслуживания позволяют наземному ТВ-вещанию работать по модели бесплатного неограниченного доступа (Free View), гарантируя доставку информации для всех слоев населения.
Актуальной задачей развития ТВ-вещания является переход на стандарт телевидения высокой четкости (ТВЧ) с пространственным разрешением 1920×1080 элементов. Именно внедрение стандарта ТВЧ позволяет раскрыть потенциал цифровой системы вещания, поскольку обеспечивает заметное улучшение изображения по сравнению с аналоговыми ТВ-системами. При этом нужно учитывать, что телестудии и телеканалы в настоящее время осуществляют производство программ в формате высокой четкости, поскольку студийное и съемочное оборудование стандартной четкости давно не производится.
В условиях широкого распространения приемного оборудования с поддержкой ТВЧ вещание стандартной четкости — это то звено в цепочке доставки ТВ-программ, в котором возникают значительные потери информации. Причем эти потери являются гораздо более существенными, чем те, что возникали раньше при передаче цифровых ТВ-программ стандартной четкости аналоговыми системами вещания, имевшими такое же разрешение.
Например, поскольку производство программ все больше ориентируется на возможности ТВЧ, использование системы стандартной четкости где-то в цепочке доставки программ может привести к низкой читаемости надписей в бегущей строке на изображении или в титрах. Поэтому можно уверенно прогнозировать, что передача ТВ-программ в стандарте ТВЧ станет необходимым условием для сохранения зрительского интереса в условиях нарастающей конкуренции между медиа-платформами, обеспечивающими доставку цифрового контента.
При переходе к ТВЧ необходимость сохранения параллельного вещания в форматах стандартной и высокой четкости зависит от характеристик приемной аппаратуры, установленной у пользователей. Воспроизведение программ ТВЧ в стандарте MPEG-4 поддерживается большинством приемников DVB-T2, поэтому, если в стране (как было в России) с самого начала использовалась система DVB-T2, фазу параллельного вещания можно полностью исключить или сократить до минимума. В случае использования стандартов сжатия, не реализованных в приемном оборудовании (например, HEVC/H.265), потребуется замена всего оборудования пользователями, что вызвало бы необходимость в поддержке параллельного вещания в форматах высокой и стандартной четкости в течение длительного периода времени. При таком сценарии необходимость параллельного вещания сведет на нет выигрыш от внедрения улучшенных стандартов сжатия с точки зрения как эксплуатационных расходов, так и объемов использованного частотного ресурса.
Большие экраны и видеостены будут формировать лицо телевидения в ближайшие десятилетия
Все вышеуказанные факторы говорят в пользу внедрения формата ТВЧ в стандарте сжатия H.264 при обеспечении достаточной пропускной способности для исключения заметных искажений (8−12 Мбит/с). Дальнейшее улучшение качества изображения позволит обеспечить внедрение стандарта телевидения ультравысокой четкости (ТВУВЧ), которое постепенно, по мере распространения ТВ-приемников и дисплеев ТВУВЧ, будет все более востребованным. Важной особенностью ТВУВЧ является возможность эффекта присутствия, поскольку изображение на экране становится субъективно не отличимым от живого изображения. Кроме того, в ТВУВЧ при правильной постановке освещения в сцене можно создать эффект некоторой объемности изображения.
Анализ развития технологий производства ТВ-экранов показывает, что большие и сверхбольшие экраны станут доступными по стоимости для основной массы зрителей к концу текущего десятилетия. Ожидается, что распространение больших экранов и видеостен, обеспечивающих эффект присутствия, будет одним из важнейших факторов, формирующих лицо телевидения в ближайшие десятилетия.
Важно отметить, что вещание в формате ТВУВЧ возможно с использованием существующих технических решений и серийно выпускаемого оборудования, и в ряде стран уже действуют станции опытного вещания. Система наземного цифрового вещания DVB-T2 позволяет организовать передачу сигнала сверхвысокой четкости формата 4K со скоростью цифрового потока до 40−50 Мбит/c в стандартном наземном канале шириной 8 МГц. Все, что необходимо для внедрения такой системы, — распространение телевизоров и ТВ-приставок с поддержкой воспроизведения видеосигналов сверхвысокой четкости и наличие экранов соответствующего разрешения. По состоянию на 2015 г. большая часть выведенных основными производителями на рынок новых моделей ТВ-приемников с экранами среднего и большого размера имеет разрешение ТВУВЧ 4К.
В перечень стран, в которых ведутся опытные работы по организации передач ТВУВЧ в наземном ТВ-вещании, входят Япония, Корея, Франция, Испания, Швеция, Великобритания.
Приведем технические параметры передачи опытной станции ТВУВЧ в стандартном радиоканале шириной 8 МГц, созданной в Испании:
Стандарт передачи … DVB-T2
Ширина полосы частот, МГц …8
Частота, МГц (канал 56 в регионе радиосвязи 1;
центральная частота) … 754
Мощность ЭИМ, Вт (H),… 125
Модуляция несущих … 64 QAM
Размер FFT 32k… Расширенный
Длительность защитного интервала …1/128 длительности
полезного символа
DVB-T2 FEC …5/6
Шаблон пилот-несущих …PP7
Пропускная способность канала, Мбит/с …36,72
Кодирование видео… HEVC/H.265
Кодирование аудио … E-AC3 5.1
Общая используемая пропускная способность, Мбит/с …35
Передающая станция… ETSI de Telecomunicación (UPM)
Из приведенных характеристик следует, что пропускной способности стандартного наземного телевизионного радиочастотного канала шириной 8 МГц достаточно для передачи программы ультравысокой четкости с использованием уже стандартизованных решений, поддерживаемых серийно выпускаемым в настоящее время оборудованием. В долгосрочной перспективе за счет улучшения алгоритмов сжатия можно будет довести количество программ ТВУВЧ до двух программ в мультиплексе с пропускной способностью 40−50 Мбит/с. Для приема программ таких станций могут использоваться широко представленные на рынке ТВ-приемники ТВУВЧ, которые, как правило, поддерживают кодек H.265.
В Японии ведется разработка стандарта передачи изображений сверхвысокой четкости 8K в стандартном наземном радиоканале ТВ-вещания шириной 6 МГц. Для передачи программ ультравысокой четкости с разрешением 7680×4320 пикселей (8К) в наземных радиоканалах разрабатывается новый стандарт вещания с применением методов модуляции, предусматривающих значительное повышение пропускной способности на 1 Гц за счет использования MIMO с двойной поляризацией и многоуровневой позиционной модуляции 4096 КАМ. Опытные работы проводятся в Японии, в городе Хитоёси. Перед конструкторами стоит ряд сложных задач, но по результатам предварительных испытаний был сделан вывод о возможности передачи программы ТВУВЧ 8K в стандартном наземном радиоканале.
DVB-T2 обеспечивает передачу сигнала формата 4K со скоростью цифрового потока до 40−50 Мбит/c в стандартном наземном 8-МГц канале
Помимо актуализации внедрения ТВУВЧ, ожидается, что в прогнозируемом будущем (до 2025 г.) будут постепенно улучшаться технические характеристики 3D дисплеев и комфортность просмотра ТВ-программ. Более того, в пределах пяти-десяти лет планируется довести до стадии массового применения технологии автостереоскопических экранов ТВЧ и ТВУВЧ 3D, не требующих использования очков. Таким образом, постепенно будет расти спрос на программы ТВ-вещания в формате 3D.
Применение более совершенных систем маркировки отдельных сюжетов и программ ТВ-вещания и распространение интеллектуальных приемных устройств с функцией автоматической предварительной записи передач, а также интеграция с сетями передачи данных позволят избавиться от главного недостатка ТВ-вещания — жестко заданной линейности просмотра с привязкой ко времени передачи программ.
В этом новом качестве ТВ-вещание станет органичной составляющей конвергентной среды доставки цифрового мультимедийного контента потребителю. При этом конкурентные преимущества платформы наземного вещания: массовая дешевая доставка контента большому числу пользователей на все типы приемников, в том числе в портативные и мобильные, без риска перегрузки сети, — останутся актуальными и в условиях активного развития сетей проводной и беспроводной связи.