Внедренная в конце прошлого века технология цифрового телевидения открыла перед медиабизнесом новые колоссальные возможности, предоставив и потребителям более стоящий и функциональный продукт: высококачественное изображение и звук, множество дополнительных опций.
История телевидения
На ранних стадиях развития телевидение включало в себя только группу устройств, которые представляют собой комбинацию оптических, механических и электронных технологий, предназначенных для захвата, передачи и отображения визуальной информации. К концу 1920х годов были известны и изучены только оптические и электронные телевизионной компоненты. Ну а работа всех современных телевизионных систем основана на более поздних достижениях, которые стали ключевыми в развитии данного блага цивилизации. Прежде всего, это открытие и применение механических элементов.
В 1884 г. Поль Готлье Нипков (Paul Gottlieb Nipkow), двадцатилетний немецкий студент, запатентовал первую электромеханическую телевизионную систему, в которую входят сканирующий диск и вращающийся диск с помещенной на нем серией отверстий, расположенных по спирали в направлении центра. Это сделано с целью растрирования – процесса преобразования визуальной картинки в поток электрических импульсов. Отверстия расположены на равных угловых расстояниях, что дает возможность свету при одном вращении диска пройти через каждое отверстие и попасть на фоточувствительный селеновый сенсор, который и производит электрические импульсы. Так как изображение сфокусировано на вращающемся диске, каждая дыра захватывает горизонтальный участок от всего изображения.
Практического применения разработка Поля Нипкова не получила, пока не стала доступна новая технология более совершенных трубок усилителей в 1907 г. С этого момента устройства стали передавать посредством телефонных или телеграфных линий полутоновые неподвижные изображения, представленные расположенными на равных расстояниях точками разного размера. В дальнейшем стали применяться вращающиеся зеркальные барабанные сканеры для захвата изображения и электронно-лучевые трубки в качестве отображающих устройств. Но и эти нововведения не позволили пока отображать движущиеся изображения, что связано с недостаточнойчувствительностью селенового фотоэлемента.
Шотландский изобретатель Джон Лоджи Бэйрд (John Logie Baird) продемонстрировал передачу изображения движущегося силуэта в 1925 г. в Лондоне и движущиеся одноцветные изображения в 1926 г. Его сканирующий диск был представлен двойной спиралью из линз и выдавал изображение, состоящее из тридцати отдельных линий, чего на практике оказывается достаточно лишь для более-менее четкого отображения человеческого лица.
В 1927 г. русский изобретатель Леон Теремин (Léon Theremin) усовершенствовал телевизионную систему, основанную на зеркальном барабане за счет использования чересстрочной развертки для получения изображения разрешением в сто линий.
Также в 1927 г. американец Герберт Ивс (Herbert Ives) из Белл Лабс (Bell Labs) передал движущееся изображение с частотой 16 кадров в минуту посредством кабеля, проложенного из Вашингтона, округа Колумбии в Нью-Йорк Сити и с помощью радио из г. Уипани штата Нью-Джерси (Whippany, New Jersey). Для отображения картинки Ивс использовал экраны размером 24 на 30 дюймов (60 на 75 см).
Таковы основные вехи изобретения телевидения. Долгое время оно оставалось аналоговым, но первые попытки перехода к цифровому состоялись в начале 1990х годов – давайте рассмотрим, чего удалось достичь в этой сфере странам-лидерам.
Стандарты цифрового телевидения США
Стандарт ATSC представляет собой формат цифрового телевидения, которым планируется полностью сменить аналоговую NTSC телевизионную систему к 17 февраля 2009 г. в США и к 31 августа 2011 г. в Канаде. Стандарт был разработан Комитетом систем перспективного телевидения (Advanced Television Systems Committee). Определяемые ATSC стандарты цифрового телевидения предполагают возможность воспроизведения широкоформатных изображений 16:9 с разрешением до 1920х1080 пикселей, а это более чем в шесть раз превышает разрешение вытесняемых форматов. Тем не менее, поддерживается показ картинок различного разрешения и можно просматривать до шести виртуальных каналов на одном 6 МГц телеканале.
ATSC обеспечивает театральное качество звука за счет использования Долби Диджитал Эй-Си-3 (Dolby Digital AC-3) – формата 5.1-канального пространственного звука. Помимо этого доступен ряд дополнительных информационных сервисов.
Телевизионные станции, использующие ATSC и желающие сохранить аналоговое транслирование, должны будут передавать сигнал на два отдельных канала, так как ATSC требует всего объема передачи канала. Виртуальные каналы позволяют изменить порядок и номер физических, несмотря на их радиочастоту, от 1 до 99. ATSC каналы могут быть связаны с номерами таковых NTSC или могут использовать номера всех станций в сети.
ATSC стандарт маркируется как A/x и может быть скачан с сайта ATSC абсолютно бесплатно. Многие компоненты ATSC запатентованы. В частности, технология MPEG кодирования, кодирование звука в формат AC-3. Как и прочие системы ATSC зависит от множества вовлеченных форматов, таких как EIA-708, связанным с цифровым захватом изображения, сказывающимся на возможностях реализации.
Система ATSC поддерживает множество различных разрешений дисплея, ракурсов и частот смены кадров. Форматы данного стандарта различаются между собой не только количеством полос и пикселей, а и формой сканирования (чересстрочная или прогрессивная), числом полей или кадров в секунду.
Различные разрешения могут работать в прогрессивном или чересстрочном режиме, хотя наибольшее разрешение в 1080 линий не может отображать прогрессивные изображения с частотой 60 кадров в секунду. Такая технология рассматривалась как слишком объемная и качество изображения оказалось бы плохим в связи с невозможностью передачи достаточного количества данных. Наземное или воздушное распространение сигнала осуществляется в объеме 19,39 Мб/сек. ATSC в сравнении с DVD форматом по этому показателю превосходит в 2 раза, так как максимально возможный битрейт последнего 10,08 Мб/сек.
Для ATSC существует три основных размера дисплеев. Базовый и улучшенный NTSC и PAL размеры изображений располагаются на самом низком уровне и составляют всего 480 и 576 линий соответственно. Среднеразмерные картинки имеют 720 линий и в ширину достигают 1280 пикселей. Ну а изображение наивысшего качества представлено 1080 линиями и 1920 пикселями. Такое видео на самом деле кодируется в 1920 на 1088 пикселей, но последние восемь линий отбрасываются, что связано с ограничениями формата MPEG, который требует, чтобы число пикселей обязательно было кратно 16.
Стандарты цифрового телевидения Европы
DVB–T (terrestrial DVB — Digital Video Broadcasting) – стандарт наземного цифрового телевизионного вещания. Принят он был Европейским DVB консорциумом в качестве единого формата для трансляции цифровых каналов. Система DVB-T передает сжатый аудио/видеопоток используя мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM — Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Основными форматами сжатия являются MPEG-2 и не так давно стал использоваться MPEG-4.
Как метод передачи данных для цифрового телевидения DVB-T был адаптирован, например, в Великобритании. Принцип работы OFDM заключается в следующем: широкополосный цифровой сигнал разделяется на большое число более мелких цифровых потоков и затем они транслируются на разных, но очень близких по значениям частотах, что имеет преимущества по сравнению с передачей на одной. Как правило, передатчик работает на одной и той же группе частот, и приемник будет корректно демодулировать получаемый от него сигнал.
Схема с использованием мультиплексирования с ортогональным частотным разделением сигналов применяется и в радиотрансляциях.
В марте 2006 г. DVB консорциум принял решение изучить имеющиеся возможности для совершенствования DVB-T стандарта. В июне 2006 г. DVB Group была создана исследовательская группа, названная TM-T2 (Technical Module on Next Generation DVB-T – технический модуль нового поколения DVB-T). Их задачей была разработка более совершенной схемы модуляции, которая могла бы применяться для наземной трансляции цифрового телевидения второго поколения, названного DVB-T2.
В соответствии с коммерческими требованиями и уровнем технологий в апреле 2007 г. была запушена первая фаза DVB-T2, посвященная совершенствованию приема сигнала стационарными и портативными (перемещаемыми, но не мобильными) ресиверами с помощью уже существующих антенн. Вторая и третья фаза будут направлены на изучение методов передачи большего объема данных с использованием новых антенн, а также возможности трансляции и приема данных мобильными устройствами. По прогнозам ученых новая система должна обеспечить минимум 30% прирост производительности при тех же характеристиках канала, что используются сейчас для DVB-T.
BBC (British Broadcasting Corporation — Британская вещательная корпорация), ITV (Independent Television – независимое телевидение – Британская вещательная компания Ай-Ти-Ви), Channel4 (4й Британский канал) и канал Five уже приняли соглашение по использованию DVB-T2 для повышения емкости HDTV (High Definition Television — телевидение высокой чёткости). Ожидается, что впервые полный переход на новый стандарт будет осуществлен в телевизионном регионе Гранада (Granada) в ноябре 2009 г. А в целом планируется, что будет продано достаточно DVB-T2 ресиверов, чтобы полностью перейти на DVB-T2 и формат сжатия MPEG-4 с 2009 по 2012 г.
Стандарты цифрового телевидения Японии
ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting – цифровое транслирование с комплексными услугами) – формат цифровых телевидения и радио, который был создан в Японии для перехода от аналоговых технологий.
Основные стандарты, входящие в ISDB: ISDB-S – спутниковое телевидение, ISDB-T – наземное телевидение, ISDB-C – кабельное телевидение и 2,6 ГГц трансляция для мобильных устройств (сотовые телефоны, ноутбуки, автомобили), называемая 1seg. Все они основаны на кодировании аудио и видео в формат MPEG-2 и совместимы с телевидением высокой четкости.
ISDB получил свое название по аналогии с ISDN (Integrated Services Digital Network — цифровая сеть с комплексными услугами), так как оба позволяют транслировать множественные потоки данных одновременно (процесс, названный мультиплексированием). Это напоминает цифровую радиосистему, Eureka 147, в которой каждая группа станций на передатчике называется ансамблем. Есть сходство и со стандартом DVB-T. ()
ISDB адаптировали MPEG-2 аудио и видеокодирование, этот же формат используется и в ATSC/DVB. ISDB, как и DVB, позволяет использовать и прочие стандарты сжатия данных, в том числе JPEG и MPEG-4.
Помимо аудио и видеопередачи ISDB также дает возможность осуществлять передачу данных, доступ в интернет по разным протоколам. Это используется для интерактивных интерфейсов, таких как, например, EPG (Electronic Program Guides — электронное расписание программ).
ISDB поддерживает RMP (Rights management and protection – управление и защита прав). Так как системы цифрового телевидения передают цифровой контент, DVD и HD-рекордеры могут записывать эти данные без потери качества. А потому возникает вероятность повышения содержания на рынке пиратских копий различных медиапродуктов. Голливуд (Hollywood) потребовал введения защиты от копирования, что и стало основным поводом для организации поддержки RMP. В настоящее время контент ISDB делится на три категории: «копирование один раз», «свободное копирование» и «не копировать никогда». Первая категория позволяет сохранить программу на рекордер с жестким диском и затем один раз переписать на другое устройство с предусмотренной защитой от копирования – дальнейшее копирование будет неосуществимо. Данные «не копировать никогда» не могут быть сохранены ни на один носитель, ну а «свободное копирование» подразумевает возможность создания неограниченного числа копий программы.
Преимущества
Современные DTV системы способны обеспечить взаимодействие между конечным потребителем и транслятором за счет использования обратного пути. Это достигается путем использования коаксиальных, оптоволоконных кабелей, которые могут быть двунаправленными, диалап модемов, интернет соединений и прочих методов, обычно используемых для обеспечения обратной связи в однонаправленных сетях, таких как спутниковое и антенное вещание.
Еще одним преимуществом цифрового телевидения над аналоговым является возможность умещения большего числа цифровых каналов в том же трансляционном пространстве. Это дает возможность получения картинки высокой четкости и обеспечивает множество нетелевизионных сервисов: мультимедиа и интерактивных услуг.
DTV дает возможность мультиплексирования (приема более чем одной программы на одном канале), получения электронного расписания программ, озвучивания и субтитров на разных языках. Ну и, конечно, более качественные звук и изображение.
Заключение
Преимущества рассмотренной технологии над давно существующей абсолютно очевидны. Нам остается ожидать ее распространения, чтобы в ближайшем будущем все ее прелести стали доступны и в нашем регионе.
