Сети телевизионного вещания

Поскольку положение ТВ отсчетов сигнальной матрицы определяется двумя координатами, то частотные коэффициенты (С) матрицы ДКП являются функциями этих двух переменных и обозначаются двузначными номерами. Отметим , что матрица частотных коэффициентов ДКП уже не имеет прямой геометрической связи с положением отсчетов ТВ сигнала на ТВ растре, а представляет собой только удобную форму математической записи, при которой частотные коэффициенты ДКП можно трактовать как двумерный спектр ТВ изображения в горизонтальном и вертикальном направлениях ТВ кадра.

Спектр ДКП имеет очень важную, если ее оценивать с позиций компрессии видеоданных, особенность: основная энергия частотных составляющих этого спектра концентрируется в небольшой области около нулевых частот. Амплитуда высокочастотных составляющих или мала, или просто равна нулю. На этом и строится вся игра. Передаче подлежат только те частотные коэффициенты матрицы ДКП, величины которых превышают принятые пороговые значения. Коэффициенты ниже порогового значения считаются нулевыми.

Введение пороговой (нелинейной) обработки, строго говоря, ведет к потерям информации и, соответственно, к снижению качества восстановленного в декодере ТВ изображения. Однако, при разумном выборе величины порога это ухудшение окажется практически незаметным или же допустимым.

Следует отметить, что при кодировании динамический интервал коэффициентов ДКП возрастает в 8 раз. Так, при уровневом кодировании видеосигнала 8 бит его динамический интервал 0 - 255 дискретных уровней. При этом динамический интервал коэффициентов спектра ДКП составит от 0 до 2040 и от -1020 до +1020 дискретных уровней для коэффициентов постоянной и переменных составляющих ДКП, соответственно.

Кодирование коэффициентов ДКП в таком широком динамическом интервале потребует в последующих узлах кодера перехода от 8 битового к 11-битовому коду. Чтобы избежать этого, после ДКП производится масштабирование (сжатие) динамического интервала сигналов коэффициентов ДКП за счет увеличения шага квантования в 8 раз. Эта операция сводится к делению полученных в матрице значений коэффициентов ДКП на 8. Результат деления затем округляется до ближайших целых значений уровней новой шкалы квантования. Так, например, если исходное значение коэффициента ДКП было 22, то после деления на 8 и округления до ближайшего целого значения (22/8 = 2.75) новое значение будет 3. При этом новый динамический интервал составит от -255 до +255 дискретных уровней.

После выравнивания динамического диапазона коэффициенты ДКП подвергаются взвешенному квантованию для сокращения избыточности в высокочастотной области. Надо заметить, что чувствительность глаз здесь наименьшая. Точность кодирования зависит от шага квантования. Он выбирается разным для разных коэффициентов матрицы ДКП, его масштаб в процессе кодирования может меняться от 1 до 31.

Коэффициент, соответствующий постоянной составляющей ТВ сигнала, кодируется с использованием 10 бит, потому что при более грубом квантовании соседние блоки начинают отличаться по яркости. На экране они проявляются в виде шахматной структуры.

Последний алгоритм сокращения избыточности связан с кодами переменной длительности. При этом те коэффициенты ДКП, которые повторяются наиболее часто, кодируются короткими кодовыми комбинациями, а редкие значения коэффициентов - более длинными. Отметим, что в стандартах MPEG-2 и MPEG-1 применяются схожие алгоритмы сжатия видеоданных. Поэтому более подробные сведения по этому вопросу можно найти в статье "Стандарт MPEG", опубликованной в 625, N6, 1996 г.

Профессиональный профиль стандарта MPEG-2. С позиций видеопроизводства самым серьезным недостатком рассмотренных выше алгоритмов кодирования является отсутствие простых способов монтажа ТВ программ из типовых групп I, P и В кадров. Монтаж новой ТВ программы может выполняться только законченными группами из I, Р и В кадров других ТВ программ. Поэтому точность монтажа для типовых кодеров MPEG-2 составляет 12 или 15 ТВ кадров, т. е. 0,48 или 0,6 с. Такая временная точность стыковки сюжетов разных ТВ программ считается недостаточной. Напомню, что в аналоговом телевидении точность монтажа равна одному кадру (или по времени 40 мс). Для устранения этой неприятной ситуации было предложено ввести в стандарт MPEG-2 новый профиль, который был назван профессиональным или студийным (монтажным) профилем. В этом профиле используются только I кадры. По сути речь идет о внутрикадровой компрессии, близкой к JPEG. В итоге достигается точность монтажа ТВ программ в один кадр. При этом эффективность кодирования заметно снижена, а скорость передачи видеоданных I кадров возросла до 50 Мбит/с.

Зависимость качества ТВ изображений от скорости передачи видеоданных для основного профиля (кривые 1 и 2) и разных вариантов профессионального профиля (кривые 3, 4 и 5) при кодировании по стандарту MPEG-2 показаны на рис.13. При использовании низкого уровня (288 активных строк в кадре) и основного профиля (I, Р и В кадры) лучшее качество ТВ изображения достигается при скорости передачи видеоданных менее 3,5 Мбит/с - это зона I, кривая 1 на рис. 13.

Для основного уровня (576 активных строк в кадре) и основного профиля (I, Р и В кадры) - наилучшее качество ТВ изображения получается при скорости передачи видеоданных в интервале от 3,5 до 15 Мбит/с - зона, кривая 2, рис. 13.

Рис.13 Качество ТВ изображений при кодировании по стандарту MPEG-2: I,P,B кадры, основной профиль, низкий уровень -1 и высокий - 2, професиональный профиль и низкий уровень -3; I,B кадры, профессиональный (4:2:2) профиль и основной уровень - 4; только I кадры, профессиональный (4:2:2) профиль и основной уровень - 5. Зоны высокого качества ТВ изображения: основной профиль, низкий уровень - I и высокий II; профессиональный (4:2:2) профиль и сновной уровень III

Изменение качества ТВ изображения для профессионального профиля в зависимости от скорости передачи видеоданных характеризуются кривой 5 (используются только I кадры), кривой 4 (I и В кадры) и кривой 3 (I, Р и В кадры).

Отметим, что параметры профессионального профиля окончательно еще не выбраны, ведутся работы по их оптимизации и стандартизации.

Развитие телерадиовещания необходимо рассматривать, в первую очередь, в рамках задач защиты конституционных прав и свобод человека, связанных с формированием личности, свободой массового информирования, использования духовного и культурного наследия, исторических традиций и норм общественной жизни, с укреплением нравственных ценностей общества, патриотизма, гуманизма граждан.

Сеть распространения программ телевизионного вещания - это часть национальной системы вещания, обеспечивающая распределение и вещание программ от выходов средств их формирования, находящихся в ведении телерадиокомпаний, до входов телевизоров у населения. Функции распространения телевизионных программ выполняют операторы, предоставляющие услуги связи в области телевизионного вещания.

В настоящее время сеть телевизионного вещания обеспечивает распространение на территории Российской Федерации телевизионных программ, формируемых из аудиовизуальных информационных материалов, производимых более чем тремя тысячами государственных и коммерческих телерадиокомпаний.

По способу приема можно выделить следующие группы населения:

· городское и сельское население, проживающее в частных домах, получает сигналы от индивидуальных приемных антенн - 26% населения РФ. Прием телевизионных программ бесплатный;

· городское и сельское население, проживающее в многоквартирных домах, получает сигналы от систем коллективного приема телевидения (СКПТ) - 61,8% населения РФ. Коллективные антенны СКПТ получают сигналы от наземных телевизионных радиопередающих станций. Абоненты СКПТ вносят плату за пользование коллективной антенной, которая покрывает эксплуатационные расходы СКПТ.

В настоящее время Россия отстает от ведущих мировых стран по количеству и качеству принимаемых населением программ, техническому состоянию, экономическим показателям, правовому обеспечению телерадиовещания. Так, по состоянию на начало 2005 года, население России охвачено телевизионным вещанием в следующих объемах:

При распространении телерадиовещательных программ в аналоговом формате около 1,5 млн. человек, проживающих примерно в 10 000 населенных пунктов в Российской Федерации, не охвачено телевизионным вещанием, и около 3,7 млн. человек имеют возможность принимать только одну телевизионную программу. В России значительная часть населения (около 65 процентов) не имеет возможности получения пяти и более телевизионных программ из-за низкого уровня развития инфраструктуры распределения телевизионного сигнала.

Для организации многопрограммного телевизионного вещания государственных и коммерческих ТВ программ всех уровней (общероссийских, региональных, местных) по состоянию на начало 2005 года в России действовали 7577 радиопередающих ТВ станций, транслирующих государственные федеральные программы и программы коммерческих телерадиокомпаний. При этом более 80% всех ТВ станций и 78% ТВ передатчиков обслуживаются ФГУП «Российская телевизионная и радиовещательная сеть». Основа действующей сейчас системы распространения телерадиопрограмм была заложена в 70 - 80 годах прошлого столетия. В этот период были построены мощные теле- и радиовещательные центры и тысячи ретрансляторов с соответствующей инфраструктурой (дороги, линии связи, электрические сети, водопровод, канализация, технологические здания, антенно-мачтовые сооружения).

В настоящее время технические средства, задействованные в государственных передающих сетях телерадиовещания, более чем на 80% выработали технический ресурс и остро нуждаются в замене и модернизации. Уровень оплаты услуг по распространению телевизионных программ не позволяет операторам проводить адекватную модернизацию и цифровизацию имеющейся аналоговой инфраструктуры телевещания.

Для подачи программ на передатчики построены радиорелейные линии связи, создана система спутниковой связи. В отдельных случаях прием программы на ТВ передатчик обеспечивается по эфиру.

Вся эта система обслуживает не только государственный сектор вещания - созданные сооружения и технические средства являются основой и для всех негосударственных сетей. На сегодняшний день телерадиовещательная сеть Российской Федерации, эксплуатировавшаяся в течение длительного времени без кардинального технологического обновления, почти полностью выработала свой ресурс, физически и морально устарела, не отвечает требованиям, предъявляемым к современным телекоммуникационным средствам и сетям связи.

Развитые страны завершают переход на цифровые технологии телевизионного вещания. Такой подход позволяет значительно повысить качество оказываемых услуг телевизионного вещания и увеличить количество принимаемых населением телевизионных программ в рамках имеющегося частотного ресурса. Развитие цифрового телевизионного вещания идет по пути естественной конвергенции с другими информационными и телекоммуникационными технологиями. Переход на цифровое телевизионное вещание обеспечивает прием телевизионных программ в движущемся транспорте, а также на мобильные устройства. Это открывает новое направление в телевидении, которое близко примыкает и фактически сливается с мобильной связью третьего и последующих поколений.

Развитие цифрового телевизионного вещания позволит резко увеличить число доступных программ, устранить диспропорции в охвате населения многопрограммным ТВ вещанием, обеспечить гарантированный равноправный доступ всего населения страны к информационным ресурсам, повысить качество изображения и звукового сопровождения телепрограмм.

Основной целью реализации направления является создание условий для полного перехода в Российской Федерации от аналогового ТВ вещания к цифровому.

Внедрение в Российской Федерации системы цифрового телевизионного вещания связано с необходимостью более полного удовлетворения населения информационными ресурсами посредством реформирования сети ТВ вещания в современную устойчиво функционирующую и обладающую потенциалом саморазвития в рыночных условиях отрасль экономики.

Цифровое телевизионное вещание обеспечит более эффективное использование радиочастотного ресурса, увеличение числа транслируемых в эфире программ, введение интерактивного вещания, оказание дополнительных услуг населению.

Опыт перехода экономически развитых стран на цифровое телерадиовещание показывает, что даже в условиях развитой рыночной экономики требуются серьезные правительственные директивы по заданию этапов и сроков перехода на цифровой формат вещания, конверсии радиочастотного спектра, выделению субсидий малоимущим слоям населения, совмещению в одном вещательном пакете программных потоков различных компаний, обеспечению экологической безопасности, регулированию налогообложения.

Модернизация и перевод на цифровые технологии наземной сети распределения телевизионного сигнала, включая организацию цифровых соединительных линий и перевод на цифровой формат вещания радиопередающих устройств различной мощности, создание и запуск спутников непосредственного телевизионного вещания осуществляется за счет средств соответствующих операторов связи. На переходном этапе необходимо обеспечить проведение мероприятий по поддержанию в рабочем состоянии существующей аналоговой сети распространения телерадиопрограмм на переходный период.

Развитие системы цифрового телевизионного вещания в переходной период при сохранении существующей сети аналогового вещания будет проходить в условиях ограниченных возможностей выделения частотных каналов, поэтому невозможно построение сети цифрового телевизионного вещания со 100% охватом населения страны на основе только наземных передающих цифровых телевизионных станций. Проведенные расчеты показателей охвата населения сетью цифрового ТВ вещания, создаваемой в условиях дефицита частотных каналов, показали, что существующая сеть в случае ее модернизации обеспечит возможность приема для не более 65% населения. Для увеличения охвата населения необходимо обеспечить установку большого числа дополнительных цифровых ТВ станций на новых площадках, что потребует больших капитальных затрат и приведет к обострению «частотного дефицита» в период совместного аналогового и цифрового вещания. В связи с этим для 35% населения Российской Федерации, не охваченных наземным ТВ вещанием, предлагается использовать систему непосредственного телевизионного вещания (СНТВ).

Необходимо дополнительно проработать вопрос о целесообразности дотирования за счет средств бюджета приобретения населением абонентских установок СНТВ и цифровых приставок для просмотра цифровых ТВ программ на экранах аналоговых телевизоров.

В период после 2012 года будет прекращено аналоговое вещание государственных телевизионных программ и будет завершен переход на цифровое наземное вещание всей аналоговой телевизионной сети. Для этого необходимо выполнение комплекса мероприятий по аннулированию лицензий на аналоговое вещание, пересмотру частотного плана, установке требуемых цифровых передающих станций и проведению конкурсов на использование цифровых наземных передающих станций.

Так как внедрение цифрового ТВ вещания является новой услугой, предоставляемой населению в области вещания, необходимо ввести минимальную оплату населением новой услуги для компенсации эксплуатационных расходов операторов связи на распространение программ социального блока. Эта плата, например, на уровне оплаты в настоящее время коллективной антенны, должна также взиматься и с тех семей, которые будут обеспечиваться приемниками СНТВ для просмотра программ социального блока.

Для организации работ по данному направлению предлагается разработать схему внедрения цифрового телевизионного вещания и региональных частотных планов для цифровых наземных передающих станций на переходной период, а также проработать меры по поддержке населения при переходе на цифровое телевизионное вещание.

Размещено на Allbest.ru