: архив : архив журнала "625" : 1995 : #6

Экономические аспекты компрессии видеосигнала
Lisa Hobbs

Вряд-ли для кого-то является новостью, что аренда спутникового канала связи весьма дорогое удовольствие. Но, поскольку российские вещатели пока не испытывали такого же дефицита в спутниковых каналах связи, как их коллеги в остальных частях света, то им еще предстоит столкнуться с проблемами снижения стоимости доставки сигнала и поддержания необходимого уровня сервиса и качества сигнала. К счастью сейчас, когда необходимость максимально эффективного использования каждого рубля обозначилась остро как никогда, существует способ снижения стоимости доставки сигнала через спутник: цифровая видеокомпрессия.

Чтобы понять смысл компрессии, представим баржу, плывущую по реке от фермы до городского рынка. Стоимость доставки пшеницы будет определяться тем, сколько места она займет на барже. Но у вас есть волшебная машина, которая может сжать вашу пшеницу в два раза и цена доставки уменьшится вдвое. Когда вы доплывете до рынка, машина вернет вашему зерну первоначальный размер и вы его продадите. Цифровая компрессия - это "волшебная машина" для телевизионного сигнала, которая его "сжимает" и он занимает меньшую полосу частот в спутниковом канале связи. После приема сигнала на Земле он восстанавливает свой первоначальный объем с помощью цифрового оборудования для доставки на телеприемник. Результат - уменьшение расходов на аренду спутника и высококачественное цифровое телевизионное изображение.

На сегодняшний день технология цифровой видеокомпрессии применяется телевизионными эфирными вещателями, кабельными сетями, промышленным телевидением, коммерческими службами "direct-to-home" и является реальной альтернативой аналоговой трансляции сигнала. Названные выше пользователи находят цифровую видеокомпрессию эффективным способом снижения требований к полосе частот спутникового канала и, соответственно, уменьшению своих расходов.

Для перехода от аналоговой к цифровой технологии существуют веские причины как экономического, так и технического характера. И вещатели, и промышленное ТВ, и компании, эксплуатирующие спутники, только выиграют от перехода на новую технологию независимо от того, только они начинают осваивать спутниковое вещание или же уже ищут возможности его расширения. Рассмотрим поближе технологию цифровой видео-компрессии.

ПРОЦЕСС КОМПРЕССИИ

Типичный цифровой некомпрессированный видеосигнал представляет собой информационный поток 150 Мбит/с. Алгоритм компрессии использует тот факт, что видеосигнал состоит из отдельных элементов изображения или пикселов. Каждый кадр содержит тысячи и тысячи пикселов. Видеосигнал компрессируется одним из двух способов - либо внутри-кадровым, либо межкадровым. Внутри-кадровая компрессия происходит внутри каждого отдельного кадра, а межкадровая использует последовательность кадров.

При внутрикадровой компрессии каждый кадр сжимается безотносительно ко всем остальным. Поскольку компрессия каждого кадра происходит заново, даже если изменения в следующем кадре минимальны, то степень сжатия информационного потока получается ограниченной.

Межкадровая компрессия основана на том обстоятельстве, что большая часть изображения остается неизменной от кадра к кадру. Аппаратура цифровой компрессии проводит сравнительный анализ кадровой последовательности и пересылает только информацию об изменениях в кадрах, а не сами кадры. Это позволяет значительно уменьшить цифровой поток и достигать больших коэффициентов компрессии по сравнению со внутрикадровым сжатием.

После того, как аналоговые сигналы -звуковой, видео, телетекст, служебная информация - подвергаются оцифровке и сжатию, они пересылаются по спутниковым или наземным каналам связи для распространения. На выходе приемной аппаратуры происходит обратное преобразование - сигналы разделяются на звуковой, видео, телетекст, служебную информацию и принимают первоначальную аналоговую форму.

ПРЕИМУЩЕСТВА ЦИФРОВОЙ ВИДЕОКОМПРЕССИИ

В отличие от аналоговой технологии цифровая видеокомпрессия обеспечивает устойчивый, высококачественный сигнал по всему тракту. Поскольку цифровой сигнал не подвержен деградации, как аналоговый, то телевизионного приемника достигает тот же сигнал, который выходит со студии.

Цифровая видеокомпрессия позволяет пропустить гораздо больше информации по спутниковому каналу, что повышает экономичность системы связи. Обычно сжатый сигнал занимает 50% и меньше полосы канала связи по сравнению с несжатым.

При стоимости аренды спутникового ствола свыше 200000 долларов США в месяц эффект применения компрессии составит свыше миллиона долларов в год. Дефицит спутниковых каналов и связанный с этим обстоятельством рост цен на услуги спутниковой связи делают применение технологии цифровой видеокомпрессии особенно выгодной.

ВАЖНОСТЬ СТАНДАРТИЗАЦИИ

По мере распространения цифровой телевизионной технологии и применения для доставки сигнала кабельных, спутниковых, телефонных каналов связи необыкновенно важной становится стандартизация цифровой видеокомпрессии. Разработанные такими организациями, как MPEG (Moving Picture Experts Group) и DVB (Digital Video Broadcasting) стандарты обеспечивают качество сигнала и его совместимость как для фирмразработчиков и производителей оборудования, так и для потребителей во всем мире. Благодаря этим стандартам можно быть уверенным, что аппаратура различных производителей, объединенная в комплекс, будет работать должным образом.

ВАРИАНТЫ ПРИМЕНЕНИЯ

• Спектр применения цифровой видеокомпрессии чрезвычайно широк и примеры использования MPEG-компресии по всему миру множатся и множатся.

• Крупная международная компания спутниковой связи применяет цифровую видеокомпрессию для доставки видеосигнала высокого качества своим клиентам в Pacific Rim. Через один спутник одновременно может передаваться до шести программ различным пользователям.

• Крупнейшая азиатская кабельная телесеть использует MPEG-компрессию для доставки 16-ти телевизионных каналов через спутник к приемным узлам сети.

• MPEG-видео вещательного качества, хранимое в компьютере, используется для введения в программу ТВ коммерческой и социальной рекламы. Вместо традиционных видеокассет составители программ принимают цифровой сигнал со спутника, хранят его в устройствах памяти компьютера и мгновенно вводят его в программу в любой момент времени.

• Ближневосточная служба многоязычного спутникового вещания применяет цифровую MPEG-технологию для доставки сигнала прямо в дома своих клиентов. Цифровая шифровка обеспечивает доступ к программам только подписчиков канала.

С помощью домашних терминалов, называемых также set-up box, и домашних спутниковых антенн обеспечивается спутниковая или наземная доставка интерактивных мультимедийных продуктов.

Сжатие цифрового видеосигнала дает возможность вещателям транслировать больше программ в пределах той же емкости канала связи без потерь качества и дополнительных затрат. Например, за те деньги, в которые одному американскому вещателю обходился единственный аналоговый канал, он теперь обладает четырьмя цифровыми.

ЦИФРОВАЯ ВИДЕОТЕХНОЛОГИЯ В РОССИИ

Как видно из приведенных примеров весь мир переходит на цифровую технологию и Россия не исключение. Всероссийская телерадиокомпания (РТР)планирует использовать цифровую компрессию для распространения программ внутри страны. Компания SIS Telesports с помощью цифрового телевизионного оборудования Scientific-Atlanta транслирует спортивные передачи о скачках на Россию.

Несомненно, что полностью цифровой телетракт -дело будущего, но поскольку отдельные звенья этой цепочки - сети, вещательные центры - уже переходят на цифровую технологию, то, по видимому, неизбежен период "параллельного вещания". Резкий переход к цифре невозможен из-за огромного количества аналоговой аппаратуры в стране. Он должен быть тщательно спланирован всеми участниками телевизионного процесса: поставщиками оборудования, интеграторами, операторами эфира для того, чтобы конечный пользователь даже не заметил никаких перемен в привычном зрелище.

Распространение цифровой телевизионной технологии вообще и видеокомпрессии в частности, более широкий доступ к спутниковым каналам создает как новые возможности, так и новые проблемы. Для производителей программ, вещателей, телезрителей и промышленного ТВ это даст экономию затрат, доступ к большему количеству каналов, даже в отдаленных районах, создание глобальных коммерческий сетей, интерактивное спутниковое ТВ и множество других применений, до сегодняшнего дня неведомых. Для операторов спутниковых систем, работающих на сверхконкурентном рынке услуг, это создаст проблему повышения эффективности. Удовлетворение спроса на разнообразные телепрограммы все более требовательного зрителя - вот главный результат развития технологии.