Раздел 3. НАЧАЛО ИССЛЕДОВАНИЙ ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

3.1. НОВЫЙ ПОДХОД К ПЕРЕДАЧЕ ЦИФРОВЫХ ТВ СИГНАЛОВ

Вскоре после того, как автор был официально назначен и. о. Председателя ИК 11, Директор МККР R. Herbstreit поручил ему подготовить отчет о работе комиссии за период 1970 — 1972 годы (рис. 3.1), организовать и провести промежуточное собрание комиссии в июле 1972 года (рис. 3.2).

Следует отметить, что к 1972 г., когда уже стартовало внедрение цветного ТВ, еще больше возросли негодования в адрес МККР за решения, принятые в 1966 г. на Пленарной Ассамблее МККР в Осло (рис. 3.3), поскольку мир оказался раздробленным тремя несовместимыми системами NTSC, PAL, SECAM. Был затруднен обмен ТВ программами, видеозапись, усложнились телевизоры и др. Все были обеспокоены тем, чтобы подобная ситуация не сложилась бы в цифровом ТВ вещании, понимая, что оно охватывает значительно более широкую сферу, чем аналоговое цветное телевидение. Но самое печальное заключалось в том, что у многих вообще была подорвана вера в саму возможность достижения договоренностей о единых стандартах в столь разнообразном мире.

Поэтому главная задача в начале изучений цифрового ТВ вещания заключалась в коренном изменении обстановки и вселении веры в возможности МККР.

В связи с этим был выдвинут принципиально новый глобальный подход к внедрению и стандартизации цифрового телевещания. Предлагалось приступить к внедрению цифрового ТВ вещания с использованием передачи компрессированных единых сигналов цифровых студий по стандартным каналам. Это означало, в первую очередь, незыбленность частотных присвоений, частотных планов, полос каналов наземных и спутниковых средств, обеспечение второй жизни многим миллионам аналоговых телевизоров с помощью цифровых приставок, унификацию сигналов при производстве ТВ программ и др. [3.1, 3.13]

Имеющийся опыт частотного планирования и, в первую очередь, участие в разработке Плана «Стокгольм-61» убеждал в том, что частотное обеспечение любой новой радиосистемы является важнейшим показателем реальности ее внедрения и необходимо исключительно бережно относиться к частотным планам, созданным с большим трудом. В связи с этим участникам собрания было предложено жестко придерживаться положения о том, что консенсус требуется искать именно в этой сфере.

Такой подход был воспринят довольно остро, но ярых противников не было. Были скептики и сомневающиеся, которые говорили, что обеспечить компрессию в десятки раз маловероятно, что это фантазия, и вообще стоит отложить такие изучения, пока не появятся реальные предпосылки, но альтернативных предложений, которых в то время и не было. никто не выдвигал. В итоге большинство участников такой подход в целом поддержали.

На этом собрании впервые были представлены вклады Японии (Приложение 1.2) с предложением начать изучение ТВЧ, а также вклады с проектами новых Вопросов изучения цифрового телевидения (рис. 3.4, 3.5).

В начале собрания делегации ряда стран не поддерживали принятие нового Вопроса изучения по ТВЧ, мотивируя это как техническими, так и экономическими доводами.

Так, в аналоговом варианте системы ТВЧ предлагалось более 1000 строк при 60 полях/с и широкий формат кадра, что требовало ширины полосы частот радиоканала более 30 МГц. Поэтому ТВЧ не укладывалось в существующие частотные планы наземного ТВ вещания. Кроме того, по мнению возражающих, в то время экономические приоритеты должны были быть отданы начавшемуся в начале 70-х годов прошлого столетия широкому внедрению цветного телевидения. Поэтому с позиции рынка пропаганда системы ТВЧ, в которой строки на изображении почти не видны, позволяющей использовать большой прямоугольный экран и другие преимущества, считалась преждевременной. C другой стороны, при очевидных преимуществах цифрового телевидения на том этапе оно также не могло непосредственно использоваться для вещания, т. к. передавалось на высоких скоростях и требовало еще более широких полос.

Тогда председательствовавший предложил начать поиск согласованного решения, условившись о следующем: поскольку ни сигналы ТВЧ, ни сигналы систем цифрового телевидения стандартной четкости не укладывались в полосы частот используемых ТВ радиоканалов, в первую очередь необходимо приступить к поискам путей значительного уменьшения скорости передачи сигналов перспективного цифрового ТВ вещания. Поэтому усилия были направлены на согласование Исследовательской программы по цифровой компрессии ТВ сигналов (рис. 3.6), поскольку только благодаря эффективности цифрового кодирования в итоге удастся решить задачу коренного сокращения спектра, требуемого для передачи ТВЧ в стандартных радиоканалах цветного телевидения, чего не удавалось добиться без потери качества изображения при аналоговых методах. На такие работы потребуется не один год. К этому времени стабилизируется и разовьется рынок цветного ТВ вещания. Появятся предпосылки для постановки вопроса о внедрении ТВЧ. На этой основе удалось добиться согласия участников собрания ИК 11 и принять новые Вопросы изучения по ТВЧ и цифровому телевидению. Был принят также проект Вопроса изучения стандартов на цифровые ТВ системы, предусматривающий исследование методов цифрового кодирования сигналов (рис. 3.7).

Исследовательская программа (рис. 3.6) вошла в историю цифрового ТВ вещания как старт международной консолидации и координации усилий по эффективному кодированию ТВ сигналов для сжатия потока цифровых видеоданных с целью уменьшения требований к пропускной способности каналов передачи и средств записи при максимально возможном визуальном качестве воспроизводимого изображения.

Результаты работ по этой Исследовательской программе поэтапно продвигались к намеченной цели и сыграли решающую роль при создании цифровых систем видеозаписи, наземного и спутникового вещания, КТВ, IPTV и в других областях.

Таким образом, уже при одновременном старте в 1972 году изучений ИК 11 цифрового телевидения и ТВЧ, этих важнейших новых направлений ТВ вещания, была заложена развитая в дальнейшем концепция сохранения существующих каналов и частотных планов и принята программа решения этих задач с помощью цифровых методов.

 

3.2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КОНЦЕПЦИИ 6-7-8

 Основным препятствием для продвижения в новую, цифровую фазу развития ТВ вещания стала ширина полосы спектра, необходимого для передачи цифрового ТВ сигнала. Исследования затруднялись также тем, что конкретных общепризнанных ориентиров не было, приходилось сопрягать эту задачу с часто не совпадающими требованиями вещателей. Необходимо было четко сформулировать выдвинутую идею внедрения цифрового наземного и спутникового ТВ вещания и цифрового КТВ путем использования уже существующих каналов (при сжатии сигнала в десятки раз) с применением эффективных методов модуляции ([3.2 – 3.5], Приложения 1.3, 1.4). Эта задача решалась исходя из сложившейся ситуации и учитывала интересы вещателей всего земного шара.

МСЭ установил три номинальные полосы частот радиоканалов передачи сигналов ТВ вещания [3.6]:

6,0 МГц — системы М, N (NTSC, PAL);

7,0 МГц — система В (SECAM, PAL);

8,0 МГц — системы B1, G, Н, I, D, D1, К, К1, L (SECAM, PAL).

Были предложены новые концепции, гарантирующие возможность передачи цифровых сигналов ТВЧ (концепция ТВЧ 6-7-8) и телевидения стандартной четкости по радиоканалам наземного ТВ вещания и КТВ с полосой 6, 7 и 8 МГц (концепция 6-7-8).

В связи с объединением сигналов изображения, звука, дополнительной информации (данных) и новых сигналов управления / испытательных сигналов в один цифровой поток, появилась возможность исключить использование второго звукового передатчика.

Сложность реализации концепции ТВЧ 6-7-8 усугублялась тем, что в системах ТВЧ даже при чересстрочной развертке скорость выходного цифрового потока составляла примерно 1-1,2 Гбит/с. Следовательно, цифровое сжатие при сохранении высокого качества изображения ТВЧ должно было быть более 50-60.

Расчеты показывали, что лишь при сжатии примерно до 20 МГбит/с и методах модуляции со спектральной эффективностью 3-4 бит / (с·Гц) удастся разместить сигналы одной программы ТВЧ в стандартном радиоканале. Поэтому вначале концепция ТВЧ 6-7-8 некоторыми была воспринята как фантазия, поскольку еще не было уверенности в практическом достижении таких больших коэффициентов сжатия.

Отметим наиболее сложный стратегический ход, который многие считали даже рискованным, — начать продвижение к намеченной цели с наиболее сложной и в начале 70-х годов, казалось бы, не решаемой задачи – реализовывать концепцию ТВЧ-6-7-8, т.е. вначале передать сигналы ТВЧ в стандартных радиоканалах, а не сигналы ТВ систем стандартной четкости. Очевидно, что, если бы начали с более легкой задачи, судьба ТВЧ оставалась бы не решенной и неясными были бы пути сопряжения этих концепций. Выбранный путь вселял уверенность, что реализовав концепцию ТВЧ-6-7-8, можно будет на основе арсенала компрессии ТВЧ обеспечить передачу в одном радиоканале уже нескольких ТВ программ стандартной четкости в одном мультиплексе. Поэтому в проекте первой рекомендации (см. Раздел 6, рис. 6.1), подготовленном еще до создания необходимых средств компрессии, твердо регламентировалась передача ТВЧ в наземном цифровом вещании в каналах с полосами 6, 7, 8 МГц.

Важно подчеркнуть, что объявленная концепция ТВЧ-6-7-8 (Приложение 1.16), а также перспектива многопрограммного цифрового вещания МПТВ-6-7-8 еще до их осуществления были олицетворены в глобальной модели ТВЧ (см. Раздел 5, рис. 5.1) и были обоснованы настолько убедительно, что в них поверили, и разработчики приступили к созданию систем цифрового ТВ вещания. В итоге в течение девяностых годов были разработаны три системы ATSC (США), DVB (Европа) и ISDB (Япония). Причем каждая из этих систем в отличие от разных систем цветного ТВ имели свои специфические возможности, важные при их внедрении (см. Раздел 6).

В то же время такая конкретная формулировка задачи в мировом масштабе консолидировала и стимулировала международные усилия в этой области и в итоге оказалась плодотворной и даже превзошла первоначальные задачи.

Действительно, в 1990-1991 годах, благодаря прогрессу цифровых методов обработки и кодирования видеоинформации, появлению эффективных методов предсказания движения, учету ряда специфических особенностей визуального восприятия ТВ изображений, начали появляться обнадеживающие результаты.

В апреле 1991 года во время съезда NAB в Лас-Вегасе проводилась мировая конференция по ТВЧ, на которой Председатель ИК 11 доложил о прогрессе международных исследований в данной области [3.7].

К середине 1991 года были опубликованы сообщения о работах, проводимых в США, странах Скандинавии, Великобритании, Франции и др. Так, 23 марта 1992 года в США впервые была продемонстрирована передача цифрового ТВЧ с использованием существующих стандартных радиоканалов с полосой 6 МГц для передачи сигналов системы NTSC с разложением на 525 строк из испытательного центра в гор. Александрия (вблизи Вашингтона) в Капитолий (рис. 3.8). Примерно в это же время аналогичные результаты были достигнуты в Швеции на исследовательском центре Telia совместно с Телекомом Дании при передаче сигналов цифровой системы ТВЧ «Divine» по стандартному наземному каналу для системы с разложением на 625 строк (рис. 3.9). Было установлено, что исходные цифровые видеосигналы ТВЧ могут быть успешно подвергнуты сжатию с коэффициентом 60:1 и сигнал ТВЧ может передаваться со скоростью 15-25 Мбит/с. Таким образом, при использовании эффективных методов модуляции стало возможно передавать цифровые сигналы программ ТВЧ по существующим 6, 7 и 8 МГц каналам, выделенным для ТВ вещания в диапазонах ОВЧ и УВЧ.

Жизнь подтвердила дальновидность такой стратегии. Как только концепция ТВЧ-6-7-8 была практически осуществлена, было предложено подготовить новый Вопрос изучения по передаче цифровых сигналов нескольких стандартных программ в одном радиоканале – концепция MПTВ-6-7-8, а в 1993 г. уже была разработана первая рекомендация по многопрограммному цифровому вещанию (см. Раздел 8).

Итак, изучения цифровых ТВ систем с сохранением существующих наземных (6, 7, 8) МГц, КТВ и спутниковых каналов позволили сфокусировать проводимые в мире исследования в области сжатия и обработки цифровых ТВ сигналов на четко поставленной задаче, что в итоге обеспечило передачу сигналов цифрового ТВ, ТВЧ, многопрограммного ТВ (МПТВ) и программ стерео ТВ по стандартным каналам частотных планов [3.2, 3.5, 3.9, 3.10]. Благодаря этому удалось значительно повысить эффективность использования радиочастотного спектра, создать цифровой дивиденд, а также заметно сократить расходы, как на электроэнергию, так и на передачу ТВ программы.

Реализация концепции 6-7-8 способствовала также значительному увеличению числа планируемых радиоканалов, так как цифровые пакеты компрессированных ТВ программ (мультиплексы) могут передаваться в смежных радиоканалах, что практически не допускалось при аналоговом ТВ вещании. Дополнительно появилась возможность «открыть» ряд каналов, ранее «запрещенных» из-за помех аналоговых ТВ станций (рис. 3.10).

Эти результаты послужили убедительным подтверждением концепции 6-7-8, и в протоколе общего собрания комиссии было зафиксировано, что эта концепция является не фантазией, а реальностью [3.8].

Были разработаны две первые базовые Рекомендации ВТ.798 «Цифровое наземное телевизионное вещание в диапазонах ОВЧ / УВЧ» и ВТ.1206 «Границы формирования спектра для цифрового наземного телевизионного вещания», которые на основе концепции 6-7-8 дали возможность приступить к планированию и созданию цифровых сетей наземного вещания на базе существующих сетей. Так впервые был открыт путь к появлению цифрового дивиденда за счет освобождения части каналов аналогового ТВ вещания.

Таким образом, была успешно решена фундаментальная задача начала цифрового ТВ вещания с применением используемых в разных странах радиоканалов наземного и кабельного телевидения.

 

 

Иллюстрации и документы:

 

 

3.1

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.1.  Из отчета и. о. Председателя 11-й Исследовательской   комиссии МККР (Для увеличение — нажмите на документ)

 

3-2

  Рис. 3.2. Общее собрание 11-й Исследовательской комиссии МККР (Женева, 18 июля 1972 года). Слева – направо: директор МККР J. Herbstreit, и. о. Председателя ИК 11 МККР М.И. Кривошеев, советник МККР R. Froom

 

3-3

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.3. Результаты обсуждения стандартов цветного ТВ вещания  на XI Пленарной Ассамблее МККР (Осло, 1966) (Для увеличения — нажмите на документ)

 

 

3.4

Рис. 3.4. Проект Вопроса изучения стандартов цифрового телевидения (Для увеличения — нажмите на документ)

3.5

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.5. Предложения по цифровому кодированию в телевидении (Для увеличения — нажмите на документ)

 

 

3.6

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.6. Проект первой Исследовательской программы по сжатию цифровых ТВ сигналов (Для увеличения — нажмите на документ)

 

 

3.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.7. Проект Вопроса изучения стандартов на цифровые ТВ системы (Для увеличения — нажмите на документ)

 

3-8

 

Рис. 3.8. На испытательном центре в г. Александрия (США). Слева  – направо: P. Fennon – Директор испытательного центра, М.И. Кривошеев – Председатель ИК 11 МККР, начальник отдела ТВ НИИР, W. Richards – Вице-председатель Рабочей группы 11А, заместитель руководителя Бюро Государственного департамента США по международным связям и информационной политике, G. Miller – Вице-президент по технике Public Broadcasting Company (PBC), США

 

 

3-9

 

Рис. 3.9.  На исследовательском центре Telia, Стокгольм, 26 ноября 1992 г. Слева – направо: M. Rignell –руководитель работ по передаче цифровых сигналов проекта HD-DIVINE, М.И. Кривошеев, T. Ryden – представитель Швеции в проекте HD-DIVINE, специальный докладчик Целевой группы 11/3

 

3.10

 

 

 

 

 

Рис. 3.10. Использование спектра УВЧ (ТВ каналы 22 – 37) в зоне Лондона для пяти аналоговых ТВ передатчиков (ITV, BBC 1, Ch 4, BBC 2 и Ch 5) и шести цифровых ТВ передатчиков (D1 – D6)

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

3.1. Кривошеев М.И. Международная стандартизация цифрового телевизионного вещания. – М.: Научно-исследовательский институт радио (НИИР), 2006.

3.2 CCIR. Study Group 11. Summary Record of the sixth meeting // Doc. 11 / 411, 7 October 1981.

3.3. The 50th Anniversary of ITU-R Study Group 11. Chairman Mark Krivocheev, Guest Speaker. Geneva, December 16, 1999 // SMPTE Journal. — April 2000.

3.4. Хлебородов В.А. 50-я годовщина 11-й Исследовательской комиссии МСЭ-Р // Техника кино и телевидения. — 2000. — № 7.

3.5. Кривошеев М. И. Новый подход к ТВ вещанию на базе многоцелевого цифрового интерактивного контейнера // Электросвязь. — 1997. — № 12.

3.6. Recommendation ITU-R BT.1701 – Characteristics of radiated signals of conventional analogue television systems.

3.7. Krivocheev M. I. Summary of Current International Standards Activities in HDTV // NAB Convention, Las Vegas, April 1991.

3.8. ITU-R. Chairman, Radiocommunication Study Group 11. Report by the Chairman (Period February 1993 to February 1994) // Doc. 11 / 223, 26 January 1994.

3.9. ITU-R. Study Group 11. Chairman’s Report. Broadcasting Service (Television) // Doc. 11 / 1001, 30 September 1993.

3.10. Кривошеев М. И. Многоцелевой вклад цифрового ТВ-вещания в создание информационного общества // Broadcasting (Телевидение и радиовещание). — 2004. — № 2, 3.

3.11. Кривошеев М.И. Новый подход к развитию цифрового ТВ-вещания // MediaVision. – 2010. — № 6.

3.12. Кондрашин А., Лямин А., Слепцов В. Аспекты современных технологий доставки видеоконтента и перспективы их развития // Broadcasting (Телевидение и радиовещание). — 2013. — № 1, 2.

3.13. Кривошеев М.И. Всемирный информационный роуминг. Интервью с Л.Г.Коником / Стандарт. – 2011. — № 9.