Глава 9. Системы спутникового телевидения
Категории систем СТВ
Системы спутникового телевидения (СТВ) могут рассматриваться с двух точек зрения: используемой технологии и оборудования, а также организационной структуры.
С технической точки зрения удобно разделить системы спутникового телевидения по типу пользователей. Большая часть телевизионных программ распределяется по спутниковым каналам следующим категориям пользователей:
Вещательные компании, принимающие передачи крупных телекомпаний и формирующие на их основе пакеты программ для распределения по наземным эфирным сетям. Электронный сбор новостей и передача готовых пакетов программ для эфирной ретрансляции также попадают в эту категорию.
- Головные станции систем кабельного телевидения, распределяющие принимаемые со спутника пакеты программ по кабельным сетям.
- Приемные станции коллективного пользования TV Receive Only или TVRO, обслуживающие небольшие группы зрителей.
- Индивидуальные (домашние) приемные системы Direct To Home (DTH), рассчитанные на использование одним лицом или семьей.
Три последние группы пользователей заинтересованы в использовании минимального количества антенн для приема максимального количества телевизионных каналов. Поэтому они всегда отдают предпочтение многопрограммным системам СТВ, позволяющим принимать на одну антенну, т.е. с одного спутника, не менее 10-15 программ.
С организационной точки зрения системы СТВ удобно подразделять в зависимости от участия оператора спутниковой системы в формировании пакета транслируемых программ. В этом случае основными категориями систем будут следующие:
- Оператор сдает в аренду или продает ресурсы спутниковой системы и не принимает никакого участия в формировании программ. Т.е. он просто транслирует чьи-то другие программы. В качестве примера можно привести системы "Астра", "Хьюз Галакси", "Евтелсат Хот Берд".
- Оператор также формирует программные пакеты и получает доход от размещения в них рекламы и платежей от операторов кабельных сетей за использование этих программ. Непосредственно со зрителей плата не взимается. Примером такой системы СТВ является "СтарТВ" на спутнике "АзияСат".
- Оператор спутниковой системы полностью формирует программный пакет и транслирует его в закодированном виде. Плата за пользование каналами взимается со зрителей напрямую с использованием оборудования авторизации доступа к сети. Зачастую также взимается плата с рекламодателей за размещение рекламы в каналах сети. В качестве примера можно назвать системы "ДирекТВ", "Би-Скай-Би" и НТВ+.
Методы формирования сигналов
Качество телевизионного изображения во многом определяется методами его формирования и передачи. В середине семидесятых, когда спутниковые системы передачи телевизионных программ только создавались, в них использовался аналоговый телевизионный сигнал, как и в наземном вещании. До настоящего времени большое число спутниковых систем по-прежнему продолжают использовать этот метод при передаче телевизионных сигналов. Однако, такой тип сигнала не очень хорош для спутниковых систем, и активизировались поиски новых, более совершенных методов трансляции. Весьма привлекательным было бы использование цифровых методов передачи, но из-за технических сложностей, в первую очередь из-за огромной полосы частот, требуемой для передачи стандартного телевизионного сигнала в цифровом виде, в то время это не представлялось возможным.
В связи с этим в начале восьмидесятых годов в Европе был разработан и принят комбинированный цифро-аналоговый стандарт, получивший название МАС (Multiplexing Analogue Components, т.е. мультиплексирование аналоговых компонент). Стандарт МАС нашел достаточно широкое распространение в европейских системах спутникового телевизионного вещания, но так и не смог завоевать серьезную нишу на рынке. Наконец, в конце восьмидесятых были разработаны алгоритмы сжатия цифрового видеосигнала, т.н. видеокомпрессии, на основе которого был принят широко используемый в настоящее время в спутниковом вещании стандарт MPEG-2 (Motion Picture Expert Group). Именно этот стандарт цифровой видеокомпрессии стал в последние несколько лет главной движущей силой бурного развития непосредственного спутникового вещания. На цифровое телевизионное вещание с использованием этого стандарта планируется постепенно перевести не только спутниковые, но и наземные эфирные и кабельные системы.
Таким образом, в настоящее время используются три вида передачи телевизионного сигнала: аналоговый, цифро-аналоговый и цифровой со сжатием.
Аналоговый метод
Стандартный телевизионный сигнал представляет собой электрический ток, изменяющийся во времени. Форма этих изменений повторяет распределение яркости и цвета на пути развертки изображения по строкам. Он также включает в себя различные синхронизирующие и управляющие сигналы, а также сигнал звукового сопровождения. Такой сигнал является аналогом изображения и называется комплексным телевизионным сигналом. Поступая на вход телевизионного приемника этот сигнал с помощью кинескопа и громкоговорителя, а также электронных систем, которые ими управляют, преобразуется в изображение и звук.
Телевизионный сигнал характеризует совокупность его параметров: число кадров в секунду, количество строк в кадре, длительность и форма синхронизирующих и гасящих импульсов, полярность сигнала, частота поднесущей звука, метод кодирования сигнала цветности совместно с сигналом яркости. Совокупность значений этих параметров составляет стандарт телевизионного сигнала.
Наиболее широко распространены стандарты с числом строк в кадре 625, частотой смены кадров 25 (50 полукадров) в секунду и частотой строчной развертки 15625 Гц. Однако в нескольких системах число кадров в строке составляет 525, а число кадров - 30 (60 полукадров) в секунду. Звуковое сопровождение обычно передается на частоте 5,5 - 6,5 МГц.
С появлением цветного телевидения возникла необходимость создания стандартов на передачу в дополнение к сигналам яркости и звука сигналов цветности. В настоящее время используются три системы цветного телевидения, различающиеся способом кодирования сигналов цветности: PAL, SECAM и NTSC. Все они совместимы с ранее действующими стандартами черно-белого телевидения и сигнал цветности добавлен к основному сигналу яркости. При этом черно-белый телевизор просто не воспринимает сигнала цветности.
Стандарт SECAM используется в странах Восточной Европы, России и во Франции. Система PAL - в странах Западной Европы и Ближнего Востока. Система NTSC распространена главным образом на американском континенте.
Цифро-аналоговый метод
Компромиссом между аналоговыми и цифровыми методами передачи телевизионного сигнала по спутниковым каналам стала цифро-аналоговая система МАС (Multiplexed Analogue Components - мультиплексирование аналоговых компонент).
Разработка и внедрение стандарта МАС явилось частью глобального европейского проекта EUREKA-95, который ставил своей целью формирование концепции единого стандарта для телевидения высокой четкости (ТВВЧ) и разработку полного комплекта оборудования для производства, обработки, передачи, приема и воспроизведения видеопрограмм как для профессиональных, так и для бытовых целей. Было предложено несколько модификаций этого стандарта, включая версии для телевидения повышенного качества (ТВПК) и ТВВЧ.
Во всех ныне используемых вариантах системы МАС применяется временное разделение аналоговых составляющих сигналов яркости и цветности. Это позволяет не только свести практически к нулю фазовые и перекрестные искажения видеосигнала, но и добиться сокращения спектра сигнала за счет применения систем его частичного сжатия.
Эти системы обеспечивают следующие, улучшенные по сравнению с традиционными аналоговыми системами, характеристики телевизионного вещания:
- Отсутствие перекрестных искажений сигналов яркости и цветности.
- Значительное снижение шумов в канале цветности.
- Передачу сигналов звукового сопровождения, синхронизации, телетекста и другой служебной и дополнительной информации в цифровой форме.
- Повышение разрешения (четкости изображения) за счет большей полосы частот сигналов яркости и цветности.
На основании базового стандарта МАС в различных странах было разработано несколько его версий для систем спутникового телевизионного вещания. Они различаются главным образом способами передачи цифровых и аналоговых сигналов.
Несмотря на заметное преимущество перед аналоговыми методами передачи телевизионной информации, стандарт МАС так и не смог завоевать значительной доли на рынке спутникового телевидения.
Во-первых, он по сути своей является компромиссным и не в состоянии полностью устранить все недостатки аналоговых систем. Качество изображения оказалось не намного лучше, чем в хорошо отлаженных аналоговых системах. А внедрение систем ТВПК и ТВВЧ, где стандарт МАС заметно выигрывал, сильно затянулось.
Во-вторых, установка декодеров МАС в приемники СТВ и обычные телевизионные приемники приводило к заметному повышению их стоимости, что отрицательно сказалось на спросе на них.
В-третьих, появление в каждой из стран своей версии стандарта МАС привело к появлению проблем несовместимости оборудования различных фирм. В результате, попытка создания единого стандарта привела к противоположному - появлению нескольких новых. В-четвертых, серьезный удар по стандарту МАС был нанесен весьма успешным выходом на европейский рынок системы многоканального СТВ "Астра", отказавшейся от использования технологии МАС. В результате, более дешевые приемники для этой системы стали весьма популярными и очень быстро система "Астра" смогла завоевать до 90% зрительской аудитории спутникового телевидения в Европе.
Существенный перелом на рынке спутникового телевидения произошел лишь после разработки чисто цифровой системы вещания, использующей технологию видеокомпрессии.
Цифровой метод
Возрастающие требования к качеству телевизионного вещания, подготовки программ и их сохранения, а также необходимость снижения расходов на всех этапах производства и трансляции, требуют разработки новых эффективных методов обработки и передачи телевизионных сигналов. Всем этим требованиям отвечает использование цифровых методов в телевидении.
Цифровое телевидение - область телевидения, в которой операции обработки, записи и передачи телевизионного сигнала связаны с его преобразованием в цифровую форму. Системы цифрового телевидения можно условно разделить на два основных типа:
1. Аналоговый телевизионный сигнал преобразуется в цифровую форму только для его цифровой обработки, сохранения телевизионной программы (видеозапись) или передачи их по каналам связи, а затем трансформируется назад в аналоговую форму. При этом используются существующие телевизионные передающие и ретрансляционные станции, и приемное оборудование.
2. Преобразование передаваемого изображения в цифровой сигнал производится непосредственно в преобразователе свет-сигнал (обычно видеокамера), а обратное преобразование - в преобразователе сигнал-цвет (телевизионном приемнике). Во всех остальных звеньях тракта телевизионная информация обрабатывается и передается в цифровой форме.
В настоящее время в основном применяются системы цифрового телевидения первого типа. Цифровые методы уже достаточно давно используются в профессиональном телевидении. Это, в первую очередь, цифровая обработка изображений, создание специальных эффектов, цифровая видеозапись и так далее. Цифровые методы начали также применяться в бытовой видеоаппаратуре.
А несколько лет назад, наконец, появилась цифровая система спутникового телевидения. Единственным аналоговым прибором в тракте остался телевизионный приемник. Однако внедрение цифровых методов в телевидении идет настолько быстро, что недалеко то время, когда весь телевизионный тракт станет цифровым. Главными факторами, влияющими на темпы перехода от аналогового телевидения к цифровому, являются время и средства, необходимые на модернизацию распределительных и вещательных сетей и замену огромного парка аналоговых телевизионных приемников цифровыми.
Глава 10. Телевидение высокой четкости (HDTV: High-Definition Television)
Под телевидением высокой четкости (ТВЧ) понимают передача изображения с числом строк, приблизительно вдвое превышающим показатель у существующих стандартов, и форматом кадра (отношение ширины кадра к его высоте) 16:9. Объем информации содержащийся в каждом кадре ТВЧ изображения, возрастает в пять-шесть раз по сравнению с обычным телевидением. На ТВЧ изображении отсутствуют дефекты, свойственные принятым сегодня стандартам ТВ вещания, - недостаточная разрешающая способность, заметность поднесущей, перекрестные искажения сигналов яркости и цветности, мерцание изображения из-за недостаточно высокой частоты кадров, дрожание строк и т.д. ТВЧ обеспечивает существенное повышение качества ТВ изображения, приближая его восприятие к зрительному восприятию естественных, натуральных сцен и сюжетов. Такое радикальное улучшение качества изображения не может быть достигнуто ни модификацией существующих стандартных систем цветного ТВ, ни ТВ системами повышенного качества.
В США, Японии, европейских странах в последние пять-семь лет ведутся многочисленные разработки новых ТВ стандартов с улучшенным качеством изображения. Разработаны совместимые системы телевидения повышенного качества (ТВПК), в которых устранены наиболее характерные искажения ТВ сигнала, несколько увеличена разрешающая способность, введен формат изображения 16:9 (стандарты МАС, PAL-плюс).
HDTV (High Definition Television - Телевидение Высокой Четкости) - сегодня это самая передовая и высокотехнологичная область цифрового телевидения, сравнимая по своему значению с появлением цветного телевидения в 60-х годах 20 века. В буквальном смысле англоязычных аббревиатур - HDTV (High Definition Television) - это часть DTV (Digital Television).
HDTV поддерживает стандарты 1080i и 720p, обладает широкоэкранным 16:9 изображением, звуком Dolby Digital 5.1., соответственно, является наивысшей точкой развития телевизионных технологий.
Посредством HDTV обеспечивается доставка в каждый дом необыкновенно чистого, яркого и четкого изображения, практически совпадающего по качеству с 35-мм кинопленкой, и с многоканальным звуковым сопровождением.
Высокая четкость (HD) означает, что число линий и число пикселей в каждой линии телевизионной картинки существенно увеличены по сравнению с телевидением стандартной четкости (SD). В то время, как телевизионное SD-изображение передается с разрешением 720х576 пикселей, HD-изображение имеет разрешение 1920х1080 пикселей. Число элементов изображения, передаваемых за одну секунду, увеличено в 5 раз. Это позволяет существенно увеличить чистоту, четкость и детализацию изображения и объясняет тот восторг, который вызывает просмотр HDTV-картинки на высококачественных плоскопанельных дисплеях или на проекторах в домашних кинотеатрах.
Преимущества цифрового кодирования в телевидении очевидны: даже при приеме «цифры» на обычный телевизор качество изображения повышается из-за отсутствия искажений на различных этапах телевизионного тракта. При этом развертка луча остается чересстрочной и разрешающая способность экрана не возрастает. Для существенного повышения качества телеизображения необходимо ввести новые стандарты для формирования и приема видеосигнала, такой системой является телевидение высокой четкости (ТВЧ). Американский стандарт (ATSC) рассчитан на просмотр передачи как на телеэкране, так и на мониторе компьютера. При этом высокое качество картинки можно получить лишь на экране специального широкоформатного телевизора с 1080 активными строками, чересстрочной разверткой.
Для ТВ-приемников
Число активных строк – 1080;
Полевая частота, Гц. – 60;
Перемежение в развертке - (2:1) интерлейсинг;
Формат кадра - 16:9.
Для мониторов ПК
Число активных строк – 720;
Полевая частота, Гц. – 60;
Перемежение в развертке - (1:1) прогрессивная развертка луча;
Формат кадра - 16:9.
Согласно ATSC-стандарту, каждый ТВ-приемник должен декодировать любой из многочисленных (а всего их 18 разновидностей) ATSC-форматов и выводить его точно в соответствии с возможностями конкретного подключенного приемника.
Внешне цифровой приемник ТВЧ отличается от аналогового более широким экраном: если соотношение сторон обычного телевизора составляет 4:3 (ширина к высоте), то в цифровом варианте - 16:9. Качество телевизионного изображения заметно повышается за счет двукратного увеличения строк разложения и прогрессивной развертки (впрочем, развертка может быть и чересстрочной). При прогрессивной развертке яркость экрана может быть повышена на 40% . Количество воспроизводимых деталей на экране возрастает в несколько раз. В новой системе расширена частота сигнала яркости и цветоразностных сигналов, поэтому оптимизирована цветопередача. Многоканальная система передачи звука позволяет добиться эффекта присутствия, так как аудиоинформация поступает к зрителю с разных сторон.
Внедрение ТВЧ требует дорогостоящей модернизации аппаратно-студийного комплекса, но практика вещания в США показала, что уже сегодня число программ ТВЧ в общем времени цифрового ТВ постоянно растет.
Для просмотра телевидения высокой четкости потребуется цифровой спутниковый HDTV ресивер или HD-DVD плеер, а также телевизор у которого есть логотип HD TV или HD Ready. Такая техника появилось на российском рынке совсем недавно.
На российском рынке пока немного ТВ устройств, отображающих HDTV картинку полностью, без уменьшения разрешения. Одним из интересных вариантов как в плане цены, так и в плане возможности отображения картинки Full HD является телевизор ACER AT3705-MGW. MGW в названии означает MediaGateway - "ворота в мир медиа". Право так называться ему дает встроенный сетевой плеер.