Сотовые системы телевидения

Размещено на http://www.allbest.ru

Сотовые системы телевидения

По мнению многих специалистов в области телевидения для организации многопрограммного телевидения считается целесообразной замена традиционного наземного способа передачи телевизионных сигналов, в том числе и цифровых, микроволновой распределительной телевизионной системой с низким уровнем излучения электромагнитных волн. На практике используются различные варианты микроволновых распределительных телевизионных систем, которые соответственно имеют следующие названия: MMDS - Multichannel Microwave Distribution System - многоканальная микроволновая система распределения; LMDS - Local Multipoint Distribution System - локальная многоточечная система распределения; MVDS - Multipoint Video Distribution System - многоточечная система распределения телевизионных программ. Часто подобные системы называются сотовыми системами телевещания (системы Cellular Vision). Следует заметить, что разница в названиях данных систем весьма условна, поскольку рекомендации для них разрабатывались в разных странах, находящихся на различных континентах. Особенно эффективным является использование микроволновых распределительных систем в районах со слабо развитой инфраструктурой линейно-кабельных сооружений и на территориях с малой плотностью жилой застройки.

С внедрением цифровых методов передачи и организацией обратных каналов в системах MMDS, LMDS и MVDS появилась возможность предоставления полного набора телекоммуникационных услуг широкополосного радиодоступа абонентам. Причем архитектура подобных распределительных систем может быть двух типов: «точка-точка», либо представлять собой «звезду», т.е. «точка - много точек». В данном случае в центре «звезды» находится головное (центральное) приемо-передающее радио-, модемное и компьютерное (провайдерное) оборудование, способное непосредственно принимать радиосигналы звукового и телевизионного вещания, передаваемые по эфиру или с помощью спутниковых систем связи. По выделенным каналам связи головное оборудование принимает сигналы программ звукового и телевизионного вещания напрямую из радио- и телевизионных студий, соединяется с магистралью Интернета, с телефонной сетью общего пользования, с сетью передачи данных, с компьютерными сетями различных уровней, с сетями сбора данных телеметрии (инженерно-коммунальные службы, УВД, ДОБДД, МЧС, пожарные и охранные службы, органы гражданской обороны и т.д.).

Организация обратного канала может обеспечиваться как за счет использования части рабочей полосы частот или при выделении дополнительной полосы частот в радиоканале, так и применения проводных технологий, в частности, телефонных сетей общего пользования и существующих распределительных сетей систем кабельного телевидения.

Основные достоинства радиосистем широкополосного доступа заключаются в следующем:

· высокое качество сигналов и практически полное отсутствие «мертвых» зон за счет выбора размеров соты (ячейки) в пределах от 1 до 6 км;

· возможность для абонентов выбора большого числа сигналов различных телекоммуникационных служб, в том числе телевизионных программ;

· высокая надежность сети при рассредоточенных ретрансляторах;

· обеспечение экологически безопасных для населения уровней электромагнитных излучений радиопередатчиков;

· сравнительная дешевизна абонентской установки за счет использования комнатной малогабаритной антенны с линейными размерами 15…25 см;

· высокое качество сигналов из-за сравнительно низкого уровня помех в выделенных для этих систем диапазонах частот (2,5…2,7 ГГц; 25…45 ГГц);

· независимость условий приема от телевизионных стандартов NTSC, PAL, SECAM, за счет оцифровки сигналов;

· относительно низкая стоимость развертывания радиосистем широкополосного доступа в условиях больших городов по сравнению с монтажом и эксплуатацией гибридных оптико-коаксиальных систем кабельного телевидения.

Частным случаем радиосистем широкополосного доступа (сотовых систем телевещания) является система MMDS, которая представляет собой широкополосный передающий комплекс, осуществляющий трансляцию передаваемой на его вход информации в полосе частот шириной 200 МГц. Она аналогична радиорелейной линии, но отличается тем, что предназначена для охвата телекоммуникационными услугами больших территорий. В России для систем MMDS выделена полоса частот 2,5…2,7 ГГц при условии использования амплитудной модуляции. В состав передающего комплекса входит один или несколько радиопередатчиков, сумматоры, линии связи между радиопередатчиками и передающей антенной, одна или несколько передающих антенн.

В практике проектирования и монтажа систем MMDS используются два варианта построения структурных схем: одноканальный и многоканальный.

В одноканальном варианте для передачи n телевизионных программ применяются n передающих устройств, включающих модулятор и собственно радиопередатчик, а суммирование мощности разных передатчиков осуществляется непосредственно в антенне (рис.15.14).  

М - модулятор; П - передатчик; А - антенна

Рис. 15.14. Функциональная схема системы MMDS при использовании одноканальных радиопередатчиков

В многоканальном варианте передаваемые n телевизионных сигналов различных программ сначала поступают на свои модуляторы, далее из них формируется групповой сигнал, который модулирует широкополосный радиопередатчик, работающий на общую антенну (рис.15.15).

Многоканальные, или групповые, передатчики целесообразно использовать в небольших городах и поселках городского типа, где радиус зоны покрытия не превышает 6 км.

По сравнению с передатчиками традиционного наземного телевидения мощность передатчиков MMDS значительно ниже. Ее типовое значение в области частот 2,5 ГГц не более 100 Вт. Возможен как индивидуальный прием сигнала в пределах прямой видимости с помощью малогабаритных приемных антенн, совмещенных с конвертором, который переносит принимаемый групповой сигнал в область более низких частот, так и через антенные устройства SMATV (Satellite Master Antenna TV - телевизионная система коллективного пользования), обеспечивающие телевизионными сигналами жилые массивы. В случае невозможности обслуживания необходимой территории с одной точки, в теневых зонах устанавливаются автономные ретрансляторы.

М - модулятор; П - передатчик; А - антенна

Рис. 15.15. Функциональная схема системы MMDS при использовании многоканальных радиопередатчиков

Непосредственно к сотовым системам телевидения относится очень перспективная система LMDS, работающая в полосе частот более 23 ГГц, т.е. на почти миллиметровых волнах, и использующая помехоустойчивый вид модуляции QPSK, применяемый в спутниковом вещании.

Система сотового телевидения LMDS работает по следующему принципу: в пределах зоны охвата устанавливается сеть радиопередатчиков (базовых станций - БС) с радиусом действия около 5…6 км. Приемное устройство использует плоскую небольшую по размерам антенну, которая может устанавливаться как в помещении, так и вне его. В системе LMDS телезритель получает сигналы сразу с нескольких спутников. Специальные устройства, установленные на БС, улавливают сигналы различных программ с разных ИСЗ и ретранслируют их абонентам. Такая система обеспечивает возможность абонентам принимать в среднем до 100 телевизионных программ, причем отпадает необходимость иметь дешифратор (как в случае с обычной спутниковой системой) - к телезрителям телевизионные сигналы с различных спутников поступают уже в расшифрованном виде. Система LMDS удобна еще и тем, что может работать в интерактивном режиме и включать в себя целый набор телекоммуникационных услуг.

Сотовые системы телевещания MVDS работают в полосе частот 40,5…42,5 ГГц и используют радиопередатчики мощностью около 1 Вт. В данном случае один радиопередатчик с ненаправленной антенной или группа передатчиков с антеннами секторной направленности, имеющими большой коэффициент усиления, составляют БС. Радиопередатчик БС передает в эфир сигнал с несколькими несущими в диапазоне частот миллиметровых волн. Излучаемый сигнал имеет ширину спектра 1…2 ГГц и содержит информацию большого числа региональных программ, а также принимаемых со связных ИСЗ. Многоканальный сигнал может поступать на вход радиопередатчика уже скомпонованным на специальной региональной станции, либо непосредственно формироваться на БС с помощью соответствующих мультиплексоров.

С помощью системы MVDS в полосе частот 2 ГГц можно организовать от 96 до 128 аналоговых телевизионных каналов с предоставлением интерактивных услуг (или в несколько раз больше цифровых), причем каждый из них будет занимать полосу частот от 29,5 до 39 МГц. Однако максимального значения число частотных каналов достигает лишь при работе одиночной БС. При наличии в сети множества сот применяются БС с четырехсекторными антеннами. Частотное планирование сети осуществляется благодаря использованию различных радиочастот или поляризации излучаемого сигнала в каждом секторе. Фиксирование абонентской антенны в такой системе позволяет использовать сигналы с различной поляризацией. В результате выполнения указанных условий, исключающих влияние соседних БС друг на друга, возможное число транслируемых программ уменьшается в 4 раза.

Современные системы такого типа обеспечивают передачу радиосигналов на экологически безопасных уровнях мощности - 100…300 мВт на один канал.

Следует особенно отметить, что подобные системы хорошо работают именно в городах, где СВЧ-сигнал доходит до абонентов, не находящихся в зоне прямой видимости, после многократного отражения от стен домов. Для улучшения приема в особо затененных местах применяют сравнительно недорогие устройства - пассивные ретрансляторы.

Абонентское оборудование сотовых систем телевидения представляют собой традиционный спутниковый тюнер, работающий в диапазоне частот 950…2050 МГц. Антенна выполняется вместе с СВЧ-приемником, осуществляющим первое преобразование частоты с целью ее понижения, в едином блоке, представляющим собой легкое компактное устройство диаметром около 150 (в диапазоне 40 ГГц) или 250 мм (в диапазоне 23 ГГц).

Технология мобильного телевидения стандарта DVB-H

Проведенные исследования показали, что по сравнению со стандартом DVB-Т работа в стандарте DVB-H требует дополнительных технических качеств, поскольку производится мобильный прием на ручные устройства. Отсюда следует, что доступная энергия ограничена (DVB-Т требует в 7 раз больше энергии), антенна встроена и имеет небольшие размеры, в этом стандарте могут быть задействованы небольшие соты, то есть потребуется применять принципы сотовой связи. В стандарте DVB-H, в отличие от DVB-Т, введен режим разделения времени (time slicing), что дает 80-90 % экономии энергии, поскольку тюнер включается только на периоды приема временных слотов, соответствующих выбранной услуге, остальное время он выключен. (Временные слоты, соответствующие разным услугам, могут различаться по длительности.) Кроме того, в DVB-H производится проверка смежных сот (процедура hand-over - перенастройка на работу с новой сотой), здесь произведены улучшения методов кодирования и модуляции для работы в условиях мобильности и импульсных помех. В качестве транспортной среды в DVB-H используется IP. Тем не менее, DVB-H создан как продолжение достижений DVB-Т.

Существуют и другие стандарты мобильного ТВ, являющиеся кандидатами на использование. Три из них уже очевидны, это:

DMB (корейская разработка, основанная на европейской системе DAB).

Запатентованный Qualcomm MediaFLO.

Усовершенствованные разработки индустрии мобильных операторов (mbms, HSDPA).

В настоящее время оценка аргументов за и против этих систем производится на различных форумах, особенно в Европе: EBU, bmco forum, национальные форумы. Предварительные исследования позволяют предположить, что если будут найдены свободные полосы в диапазоне дециметровых волн (UHF), то более сильным кандидатом по сравнению с DMB остается DVB-H (при условии, что передается больше 10 услуг). Также маловероятно, что mbms и HSDPA смогут обеспечить удовлетворительную среднюю загрузку существующих сетей мобильных операторов.

Система DVB-H создана, чтобы решать проблему, которую не могут решить сети мобильной телекоммуникации, это одновременная доставка одного и того же контента многим пользователям. При этом система цифрового вещания адресуется на мобильные и ручные устройства. Однако многие из устройств - это мобильные телефоны, которые часто субсидируются мобильными операторами. Телевещание на такие устройства может оказать влияние на трафик мобильных операторов. Выход из данной ситуации - это заключение с вещателями обоюдовыгодных соглашений по разделению доходов или же другие меры, например, развитие интерактивности. Важно отметить, что система DVB-H работает в частотных диапазонах, отведенных под вещание (обычно это диапазон UHF). Пока у мобильных операторов доступа в эти диапазоны нет.

При подготовке рабочей бизнес-модели следует учитывать технические аспекты мобильного вещания: целью системы является передача на ручные устройства, которые находятся на высоте 1,5 м от поверхности земли, также возможен прием в помещении или мобильный прием. Поэтому мощность передачи должна быть значительно выше, чем обычно требуется для DVB-Т. Следовательно, стоимость сети будет существенно выше (сеть будет плотнее, но гораздо менее плотной, чем сети мобильных операторов). Однако такая сеть сможет доставлять гораздо больше услуг, чем сеть DVB-Т. Обычная цифра - это 30 услуг, в то время как для DVB-Т это 6 каналов в цифровом пакете. Поскольку сеть DVB-H должна быть более плотной, чем сеть DVB-Т, будет необходимо строить новую сеть.

Может существовать три бизнес-модели предоставления услуг:

- Бесплатные услуги (как в Корее). Но при этом появляются вопросы - достаточно ли доходов от рекламы для финансирования услуг и в чем состоит заинтересованность мобильных операторов, особенно если они субсидируют телефонные трубки.

- Финансирование за счет платы за доступ, с разделением доходов между вещателями и мобильными операторами (такая бизнес-модель применяется в финском пилотном проекте мобильного ТВ).

- Финансирование за счет вспомогательных услуг, приносящих доход (японская модель). Здесь бесплатные услуги, предоставляемые пользователю, будут активировать поток услуг.

Что касается нормативных вопросов, прежде всего, желательно использовать цифровые пакеты, основанные исключительно на услуге DVB-H. Дело здесь в том, что у мобильных ручных приемников антенны гораздо меньше, чем у стационарных или портативных телевизоров. При одинаковых уровнях мощности площадь покрытия для DVB-H оценивается как в 5 раз меньшая, чем площадь покрытия для портативного DVB-Т. Следовательно, сосуществование услуг DVB-Т и DVB-H в одном канале технически возможно, но оно будет далеко не идеальным. Для того чтобы получить требуемую площадь покрытия для ручных устройств с нужной мощностью сигнала, потребуется особый подход к планированию для DVB-H, похожий на создание плотных сотовых сетей для телекоммуникационных услуг.

Поэтому существует другой вариант, это использование всего канала под услуги DVB-H. Тогда появляется дополнительная выгода - возможность одновременно предлагать 30-50 услуг больше привлекает и заинтересовывает пользователя. Те, кто планируют сеть, теперь могут более продуктивно использовать спектр в тех местах, где используются ручные устройства.

Что касается диапазонов для работы, то разработчики систем DVB-H высказывают предпочтение частотам в диапазоне IV (470-650 МГц, UHF). Это близкий к оптимальному диапазон для любых беспроводных радио услуг. Это достаточно низкие частоты для того, чтобы получить достаточную дальность распространения сигнала, и достаточно высокие частоты в смысле минимизации индустриальных помех. Для разработчиков ресиверов, совмещенных с мобильными телефонами, этот диапазон удобен тем, что при работе в нем минимальна возможная интерференция в ресивере между приемом DVB-H и передачей GSM/UMTS.

В ближайшей перспективе рассматриваемые услуги следует предлагать на национальном уровне, чтобы охватить большие сегменты населения. Существует острая необходимость в общеевропейской координации, чтобы создать на европейском рынке условия для производителей оборудования, особенно на уровне пользователя (мобильные телефоны, КПК, ресиверы в автомобилях и т.д.), в ситуации, когда доступность частот в диапазоне UHF существенно отличается от одной страны к другой.

В более отдаленной перспективе, после первой стадии развития мобильного вещания, для дальнейшего развития услуг понадобятся дополнительные частоты. Можно будет задействовать спектр, высвобождаемый при переходе на цифровое вещание (в тех странах, где такое высвобождение происходит). Таким образом, прежде чем будет отключено аналоговое вещание, совершенно необходима координация в масштабах Европы, для того чтобы предотвратить в Европе фрагментацию и чтобы создать нужные условия для производителей оборудования, поддерживающего данные услуги хотя бы на европейском рынке. Конечно, крайне желательна кооперация в мировом масштабе.

Основные выводы таковы:

Мобильное телевидение является естественным развитием телевизионного бизнеса. Если с одной стороны мы движемся к ТВЧ 16:9, то с другой стороны находятся мобильные и ручные устройства, которые позволяют достичь наших зрителей везде и в любое время.

Первые запуски ТВ услуг в сетях 3G (в кооперации вещателей и мобильных операторов) выявили интерес потребителя.

Пришло время массового внедрения данных услуг, а путь предоставления населению привлекательного сервиса по доступной цене - это сотрудничество вещателей и мобильных операторов.

Существуют три области приложения для мобильного ТВ:

1. Доставка вещательных программ в реальном времени. Для этого требуется сеть не сотовой структуры (стандарт DVB-H), трансляция ведется по принципу "точка-многоточка" (one-to-many), телевизионные программы просматриваются в реальном времени один раз, и нет возможности "перезапросить" пропущенную программу. Такой вариант характеризуется невысокой стоимостью и высоким качеством.

2. Потоковое видео (streaming). Здесь требуется сотовая сеть, вещание ведется адресно на каждое абонентское устройство (one-to-one, "точка-точка"), абонент выбирает заранее записанные клипы. Обычно просмотр на абонентском устройстве производится один раз, и редко когда просмотр производится многократно (тогда процедура выполняется снова). Существуют ограничения по пропускной способности сотовой сети, могут возникнуть проблемы, если все абоненты будут скачивать контент одновременно.

3. Загрузка видео. Требуется сотовая сеть, загрузка ведется адресно на каждое абонентское устройство (one-to-one, "точка-точка"), абонент выбирает заранее записанные клипы, может их просматривать на абонентском устройстве много раз. Обычно контент загружается ночью, когда меньше загрузка сети, затем контент просматривается с карточки памяти.

Именно применение IP в DVB-H позволило сделать телевидение мобильным. Если в DVB-T, где в пакете передается 3-5 телеканалов на большой телеэкран, скорость на одну программу составляет 4-5 Мбит/с, то при передаче данных по IP технологии в DVB-H на маленький экран передается 10-55 каналов, и скорость составляет 200-500 кбит/с на одну программу.

Поскольку вещательное ТВ во всем мире является наиболее популярным развлечением в домашних условиях, оно должно стать движущей силой для развития мобильного ТВ. Происходит цифровая конвергенция, то есть мобильные телефоны становятся не только устройством для коммуникации, но и приспособлением для развлечений, для игр, а также для получения информации (путешествия, погода, спортивные результаты).

Мобильное ТВ можно использовать во время поездок в транспорте, в периоды ожидания, в течение перерывов на работе и на отдыхе. В качестве контента для мобильного ТВ могут быть использованы новости, спорт, комедии, музыка, реалити-шоу, мультфильмы, мыльные оперы. Потребитель ожидает от мобильного ТВ определенного качества изображения и звука, хорошей доступности услуг, большой зоны покрытия. При этом люди не должны думать, что цена слишком высока.

Предлагается такая классификация услуг мобильного ТВ:

- "ТВ по запросу" предполагает выбор контента и времени просмотра, оно интерактивное и персонализированное.

- "Push TV" - это просмотр событий в тот момент, когда они происходят, участие абонентов в тематических группах (местная, спортивная, новости и т.д.). Вещание наполнено всяческими событиями (голы, важные новости), оно интерактивное и персонализированное (заказ темы производится предварительно, подтверждать его не надо).

- "Live TV" - это "обычное" телевидение с просмотром по расписанию. Контент такой же, как в обычном телевидении, или же модифицированный, вещание интерактивное и персонализированное.

В качестве бизнес-моделей мобильного ТВ предлагаются модели:

Рекламная - модель бесплатного телевидения.

Подписка - модель кабельного (платного) ТВ.

Интерактивная - модель "голосуй и передавай приветы".

Транзакция - "плата за просмотр".

Качество изображения у мобильного ТВ пока недостаточно, выбор каналов достаточен (неограниченное количество "каналов" в технологии MBMS+HSDPA).

Анализ аудитории по результатам маркетинговых исследований показывает довольно большой интерес. Наиболее интересными для абонентов услугами оказались:

- футбольные обзоры, например счет матчей;

- новости (общие и спортивные);

- мультфильмы;

- реалити-шоу, например, Big Brother.

Телевизионные продукты класса В2С (busyness to client) для мобильного ТВ можно разбить на три категории. Первая категория - это "классический" продукт, сюда относится стандартное телевещание, телевидение по интересам, телевидение "pay per view". Такой продукт предназначен для вещания, потребитель не может как-либо повлиять на содержание программ, и распределяется он по технологии "точка-многоточка", поэтому наиболее предпочтительной здесь будет технология DVB-H.

"Push" продукты - это файлы, загружаемые по расписанию. Если контент компилируется провайдером и автоматически загружается в память конечного устройства, то, очевидно, здесь используется распределение "точка-многоточка" и хорошо подойдет технология DVB-H.

Если же пользователь подписывается на контент, который затем автоматически загружается в память конечного устройства, и используется распределение "точка-точка", то более предпочтительной оказывается технология UMTS. Точно так же технология UMTS более предпочтительна для продуктов категории "Pull" (загрузка файлов и потоковое видео (streaming) по запросу). Здесь пользователь принимает решение о содержании программ, которые он будет получать на свое устройство, и используется распределение "точка-точка".

Хотя в настоящий момент существует определенная стандартизация в сфере DVB-H, надо еще решить массу вопросов, они сейчас прорабатываются группой DVB-CBMS. Например, не ясны некоторые протоколы доставки контента, форматы кодировки видео, вопросы роуминга. Данный рынок в конечном итоге может финансировать только конечный клиент, контент должен кодироваться.

ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЗВУКОВОГО И ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ В СЕТИ ИНТЕРНЕТ сот

овое мобильное телевидение

В последнее время наблюдается значительный интерес вещателей и производителей аудиовизуальной продукции к технологии передачи потокового, т.е. непрерывного, аудио и видео через Интернет. Интернет-вещание - новый альтернативный способ распространения телевизионных и звуковых сигналов получает сегодня все более широкое распространение. В значительной мере можно сказать, что ряд экономически развитых стран переживают настоящий бум Web-вещания. Во многом это объясняется высоким качеством линий связи, развитой инфраструктурой и хорошим уровнем подготовки пользователей. Попытки организовать Web-вещание делаются и в России.

Глобальная сеть обмена информацией Интернет зародилась как информационная система, работающая на низких скоростях и оперирующая весьма малыми объемами текстовой информации. Затем, по мере революционного изобретения гипертекста, появления WWW-технологий, мультимедиа, совершенствования персональных компьютеров и использования более высоких скоростей передачи, резко возросли объемы обрабатываемой информации. По сети Интернет начали доставляться пользователям файлы графики, видео, звука, т.е. из системы информационной она превратилась в информационно-транспортную. А в настоящее время, благодаря развитию потоковых технологий вещания и использованию еще более широкополосных каналов передачи данных, сеть Интернет постепенно становится информационно-транспортно-вещательной. Фактически, сеть Интернет превратилась в наиболее распространенное и эффективное средство массовой информации.

В чем же причина столь высокой популярности новой технологии? В современных условиях, когда найти скоростной канал связи в Интернете становится все проще, Web-вещание обеспечивает необходимую гибкость и мобильность, позволяя использовать практически любой доступный способ для подключения к сети. Кроме того, тесная интеграция аудио, видео и компьютерных технологий, характерная для Web-вещания, открывает широчайшие возможности по организации «аудио и видео по запросу» и других интернетовских сервисов. Интерактивность в сети Интернет фактически на порядок выше, чем в любой функционирующей вещательной телевизионной системе.

Появление новых коммуникативных функций Интернет-вещания рассмотрим на примере системы потокового автоматизированного звукового вещания. Радиостанция в процессе подготовки к Web-вещанию кроме традиционной звуковой программы накапливает огромный поток дополнительных данных, непосредственно относящихся к ее содержанию. Это может быть информация, содержащаяся в электронной этикетке к фонограмме, на которой указаны название музыкальной композиции, фотографии авторов и исполнителей, дата создания и первого исполнения, название музыкального альбома, расписание в эфире, текст, записываемый ведущим в студии и т.п. Вся эта информация используется для Web-вещания. В этом случае пользователи в процессе прослушивания программ звукового вещания имеют возможность одновременного ознакомления по выбору со всем объемом дополнительно накопленных данных.

В основе всех технологий Интернет-вещания в прямом эфире лежит следующий принцип: станция оцифровки (в случае применения аналогового вещательного телевизионного и звукового оборудования), либо кодирующее устройство осуществляют захват, т.е. ввод видео и звуковых сигналов и затем кодируют эти сигналы в медиа-поток с заранее заданными параметрами. Разработанная технология и имеющиеся инструментальные средства обеспечивают всестороннюю «чистку» звуковых и видеоданных в процессе их подготовки и оцифровки. Используемые инструментальные средства позволяют осуществлять шумоподавление, удаление артефактов, преобразование чересстрочной телевизионной развертки в прогрессивную и коррекцию цвета. Далее сформированные цифровые потоки передаются на серверы, ретранслирующие их пользователям Интернета. В свою очередь аппаратуру для кодирования звука и видео в потоковые форматы можно условно разделить на две группы. Первая группа, которую следует назвать программными кодерами, захватывает, например, видео с помощью Web-камеры, подключаемой к передающей части сетевого комплекса на основе Fire Wire интерфейса. Дальнейшая «упаковка» видеоданных выполняется программным путем, а затем сформированный поток отправляется на сервер. В данном случае фактически требуются только компьютер, цифровая видеокамера и плата интерфейса для нее, а все остальные функции выполняет программное обеспечение. Второй подход предполагает наличие специальных компьютерных устройств, использующих программно-аппаратное кодирование видео или звука. Как правило, подобные системы имеют, по сравнению с первой группой, расширенные возможности. Однако стоимость аппаратных устройств для кодирования видео и звука несравненно выше, чем у чисто программных решений.

Важной особенностью аппаратных кодеров является возможность формирования нескольких информационных потоков видеоданных с различным соотношением сторон и качеством (в первую очередь, четкостью) воспроизводимых изображений. Таким образом, можно сразу подготовить потоковый контент, рассчитанный как на высокоскоростные, так и на каналы связи с малой пропускной способностью. При этом допускается одновременная работа в нескольких форматах передачи, например: Microsoft Windows Media, Real Networks, Real Video или Apple's Quick Time. Одновременно с процессом вещания можно выполнить и функции архивирования данных, как на внутренний дисковый накопитель, так и внешний цифровой видеомагнитофон.

Примером программно-аппаратных систем является семейство оборудования IP/TV 3400 компании Cisco Systems. Данные устройства представляют собой комплексы, осуществляющие обработку, промежуточное хранение и трансляцию видео и аудиосигналов на неограниченное число ПК по сети Интернет. Для системного управления оборудованием IP/TV 3400 используется программно-аппаратный модуль IP/TV Content Manager. С его помощью администратор задает параметры видео и аудиопотоков, составляет расписание трансляций и выполняет другие управленческие функции с помощью обычного Web-браузера с любого удаленного компьютера. IP/TV Broadcast Server является ядром данного семейства оборудования. Именно он осуществляет аппаратное кодирование аудио и видеосигналов, промежуточное хранение полученных данных и их передачу по сети. IP/TV Broadcast Server поддерживает три режима передачи видео и аудиоинформации: прямую трансляцию, запланированную и по требованию. Ширина занимаемой полосы пропускания во время видеотрансляции в локальных и глобальных сетях зависит от используемого кодека. Поэтому пользователям предлагается достаточно большой набор видеокодеков, например, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, Apple Quick Time, что позволяет в достаточно широких пределах варьировать соотношение качества принимаемого сигнала и необходимой пропускной способности.

Существуют два принципа потоковой передачи аудио и видео в сети Интернет - Unicast (одноадресная передача данных) и Multicast (многоадресная передача данных).

В режиме Unicast вещательный сервер генерирует для каждого клиента отдельный поток аудио и видеоданных, а ПК пользователя периодически отсылает на сервер подтверждение о доставке пакетов данных. Таким образом, требуемые мощность сервера и полоса пропускания канала связи прямо пропорциональны количеству клиентов в сети. Посредством способа передачи данных Unicast (передача от точки к точке) сервер практически может обслуживать только очень ограниченное число пользователей. Одноадресная передача данных используется, в основном, в системах «видео по запросу» (Video on Demand). Она удобна для работы отдельных пользователей с видео и аудиоархивами и для распространения вещания на абонентов, подключенных по низкоскоростным коммутируемым линиям связи.

В режиме Multicast (передача от одной точки на многие точки) сервер генерирует один поток данных, к которому могут подключаться по сети различные группы (локальные сети) клиентов. В данном случае мощность сервера и занимаемая полоса пропускания канала не зависит от количества клиентов. Для реализации режима IP-Multicast имеет значение тот факт, что мультиплексирование потока данных производится не на сервере у источника данных, а матричными коммутаторами (Router) в точках разветвления IP-сетей. Необходимый ресурс сервера и магистральной сети при этом могут быть значительно меньше. При передаче по способу IP-Multicast для сервера безразлично, принимают ли данные один или миллион приемных устройств, сервер однократно передает пакеты данных по Multicast-адресу, а сеть распределяет и мультиплексирует их. К сожалению, при этом теряется важное достоинство Интернета - возможность для пользователя выбирать интерактивное содержание из практически неограниченного объема данных. Подобно классическому вещанию при реализации режима Multicast клиентами принимается только узко ограниченное число звуковых или видеопрограмм и нельзя получить требуемую информацию индивидуально в желаемое время. На практике технология многоадресной передачи данных широко применяется для новостийного вещания, в дистанционном образовании, в корпоративных сетях, в структурах государственного управления. Передача мультимедийного потока данных способом IP-Multicast из одной точки на многие точки создает систему связи, схожую со схемой традиционного телевизионного вещания. Преимущество по сравнению с последним при передаче через сеть Интернет состоит в значительном увеличении радиуса вещания. Для российского сегмента Интернета, где ощущается дефицит высокоскоростных соединений сетевых узлов, сдерживающий широкое использование вещательных технологий, применение режима Multicast особенно актуально.

В последнее время практическое применение получил новый способ передачи потоков мультимедийных данных в IP-сетях типа Multicast. Данная технология основана на разбиении каждой вещательной программы на ограниченные по времени части, которые пространственно распределяются в сети различными серверами. В приемном устройстве отдельные части составляются в полную программу. Каждая вещательная программа при этом передается с нескольких разделенных в пространстве передатчиков (серверов), которые приемное устройство воспринимает как один «виртуальный» передатчик. Посредством разделения вещательной программы на временные отрезки достоинство Unicast-передачи (ее индивидуальность) сочетается с эффективностью использования полосы частот в способе Multicast. При этом индивидуальное содержание программ может передаваться значительно большему числу приемных устройств в отсутствие широкой полосы частот.

Приемниками потокового аудио и видео в сети Интернет могут быть обычные ПК, соответственно имеющие сетевую плату и дополнительно снабженные звуковой и видеокартами приема программ цифрового и видеовещания (DVB), гибридные устройства, соединяющие ПК и телевизоры и обычные абонентские телевизоры, дополненные специальной приставкой.

Попытки интегрировать в одном устройстве телевизор и ПК предпринимаются рядом зарубежных фирм. Например, австралийская фирма AEA (Advanced Energy Australia) начала выпуск универсальных приемных установок, именуемых Cybernet PC TV, представляющих собой качественный рывок в направлении объединения телевизора и ПК. Данное устройство сочетает в себе ПК, телевизор высокой четкости, проигрыватель DVD и обычных компакт-дисков и коммуникационный центр для приема-передачи факсов и высокоскоростного подключения к сети Интернет.

Cybernet PC TV имеет процессор с тактовой частотой 253 МГц, 64 Мбайт оперативной памяти и жесткий диск емкостью 4,3 Гбайт. Встроенная плата с декодером MPEG/Dolby позволяет проигрывать компакт-диски практически любых форматов из имеющихся на сегодняшний день.

Абонентские приставки (Set-Top-Box - STB), обеспечивающие непосредственное подключение бытовых телевизоров к сети Интернет без помощи ПК, осуществляют согласование параметров отображения Интернет-страниц с параметрами стандартного телевизионного разложения. Одновременно приставки типа STB следует рассматривать как базовые устройства приема программ спутникового и наземного цифрового телевизионного вещания. Относительно низкая стоимость приставок STB может сделать рассмотренный вариант доступа в Интернет особенно привлекательным для самого широкого круга пользователей.

Одной из важнейших проблем, требующих решения при организации потокового вещания в сети Интернет, является предоставление каналов связи с необходимой пропускной способностью пользователям. В принципе информация из сети Интернет может передаваться по существующей телефонной сети общего пользования (ТСОП) со скоростью 28,8 кбит/с по обычным каналам и до 56 кбит/с по специально выделенным каналам. Однако ситуация осложняется тем, что потоковое видео очень информативно. Например, видеосюжет длительностью в одну минуту, преобразованный в соответствии со стандартом кодирования с информационным сжатием MPEG-2, может быть представлен в виде файла объемом 60 МБ. В случае обеспечения визуального качества, принятого, например, в наземном цифровом телевизионном вещании, прием одноминутного видеосюжета из Интернета по ТСОП потребует от 2,4 до 4,6 часов. Следовательно, видеофайлы не могут практически передаваться абонентам по узкополосным каналам связи. Крайне необходимо использование более высокоскоростных каналов. При этом следует учитывать, что абонентские каналы связи в сети Интернет при реализации потокового вещания являются резко асимметричными; запрос от абонента требует скорости 50…150 бит/с, а для получения потокового видео из Интернета необходима скорость, по крайней мере, в пределах нескольких Мбит/с (иногда до 20 Мбит/с).

К настоящему времени известно несколько наиболее привлекательных вариантов высокоскоростного подключения абонентов к сети Интернет. Во-первых, это распределительные сети систем кабельного телевидения, обеспечивающие скорость цифрового потока до 10 Мбит/с. Во-вторых, это использование малых наземных станций типа VSAT для приема сигналов со связных спутников, а также коллективных и индивидуальных установок систем спутникового непосредственного телевизионного вещания, создающих возможность принимать сигналы из сети Интернет со скоростью до 4 Мбит/с. Наконец, это наземные сети многоканального телевизионного вещания MMDS. Обобщенная структурная схема высокоскоростного доступа в Интернет по системе MMDS приведена на рис.15.16. Ее особенность состоит в том, что скорость передачи информации по радиоканалу к индивидуальному абоненту достигает 0,4 Мбит/с, а к коллективному (корпоративному) пользователю - 10 Мбит/с. Подобный высокоскоростной доступ стал возможным благодаря организации широкополосного канала от провайдера Интернета к пользователям через цифровой передатчик MMDS. Передача индивидуальных запросов от абонентов в таких системах производится с помощью ТСОП.

Перспективы развития Интернет-вещания определяются новыми технологическими достижениями. Например, широкое использование технологий спутникового непосредственного телевизионного вещания, распространение систем передачи данных на базе сетей кабельного и сотового телевидения фактически решают проблему «последней мили» для отдельных пользователей сети Интернет. Новые высокопроизводительные информационные серверы, сетевые маршрутизаторы и коммутаторы позволяют поддерживать множество потоков аудио и видеоинформации. Разработка недорогих сетевых терминалов (гибрид телевизора и ПК), а также абонентских приставок типа STB заново откроет сеть Интернет для многих миллионов новых пользователей. сотовое мобильное телевидение

Рис. 15.16. Обобщенная структурная схема высокоскоростного доступа в Интернет по системе MMDS

Размещено на Allbest.ru