: архив : архив журнала "625" : 2003 : #06

Все дороги ведут к DVB
Александр Ануфриев

Прошедшие выставки TRBE 2002 и CSTB-2003 показали, что в России наблюдается возрастание интереса к формату цифрового вещания MPEG-2 DVB.

Введение
Сегодня становится очевидным, что прогресс в сфере телерадиовещания не остановить. Несмотря на все трудности, связанные с внедрением цифрового телерадиовещания (ЦТРВ) в России, объективная реальность заставляет операторов ТВ-вещания с боями пробиваться в "светлую эру" цифрового телевизионного будущего. Уже сегодня в некоторых регионах России наблюдается нехватка свободного места в частотном диапазоне эфирного телевидения. Это приводит к тому, что к формату DVB все чаще обращают свои взоры не только операторы спутникового ЦТРВ, но и кабельщики. А в последнее время все чаще к системным интеграторам обращаются и операторы наземного телевидения с просьбами подобрать оборудование для организации вещания в формате DVB-T. И пока в различных организациях и на страницах журналов продолжаются споры о том, какой стандарт наземного цифрового телевидения нужен России, стандарт DVB, уже де-факто принятый, продолжает наращивать свое присутствие на просторах нашей страны во всех своих проявлениях (спутниковый, кабельный, эфирный). Кроме того, надо отметить, что все страны бывшего Союза планируют использование этого стандарта. В связи с этим представляется целесообразным сказать несколько слов о том, какие идеи лежат в основе стандарта цифрового телерадиовещания DVB.

Проект DVB
и основные стандарты группы DVB
К началу 1990-х гг. стало ясно, что мир стоит на пороге решающих перемен в области телевизионного вещания. Разработка и принятие стандарта MPEG-1, а затем и MPEG-2 показали, что в короткие сроки можно достичь значительного увеличения пропускной способности вещательных каналов, беспрецедентного улучшения качества изображения и звукового сопровождения, развития новых служб. Не вызывало сомнений, что нужны единые стандарты обработки и передачи сигналов, и первыми это поняли европейцы. В 1993 г. группа ведущих компаний-производителей вещательного оборудования образовала некоммерческую организацию по разработке таких стандартов, получившую название "Проект DVB" (Digital Video Broadcasting).

К настоящему моменту членами проекта DVB являются около 300 компаний и организаций: производители оборудования, вещатели, операторы связи из более чем 30 стран, в том числе России. Существует три принципа DVB: оперативная реакция на требования рынка; обеспечение взаимной совместимости устройств; открытые спецификации.

За прошедшие годы принято более 40 стандартов, разработанных проектом DVB в самых разных областях цифрового вещания. Одним из первых решений организации было принятие за основу всех разработок стандарта цифрового сжатия MPEG-2. Однако этот стандарт не охватывает сферу передачи цифрового сигнала по каналам связи, и его было необходимо дополнить документами, регламентирующими обработку сигнала перед подачей в канал. Второе важное решение – использование общего мультиплексора MPEG-2 во всех средах распространения и максимальная унификация методов помехоустойчивого кодирования и модуляции. Очень важна для широкого круга применений концепция "контейнера данных", заключающаяся в создании универсального цифрового канала, переносящего видео, звук, данные пользователя в любых пропорциях и с высокими показателями качества обслуживания.

Для каждой транспортной среды разработан стандарт обработки и передачи транспортного потока, учитывающий ее специфику и, в то же время, максимально унифицированный со смежными стандартами. Для упрощения взаимного обмена программами выбраны такие параметры обработки, чтобы пропускная способность и число передаваемых программ во всех случаях оставались бы примерно одинаковыми. Документ для спутникового вещания получил сокращенное наименование DVB-S (Satellite – спутниковый), для сетей кабельного телевидения DVB-C (Cable – кабельный), для наземного (эфирного) телевидения – DVB-T (Terrestrial – наземный). Отдельные стандарты выпущены для распределительных СВЧ-сетей (MMDS), сотовых сетей миллиметрового диапазона (LMDS), коллективных установок спутникового телевидения (SMATV) и других транспортных сред. Разработаны стандарты передачи телетекста, субтитров, графики, данных пользователя. Стандарт постоянно развивается. Уже появились предложения о введении новой DVB-спецификации на предмет включения в DVB требований стандарта MPEG-4 для видео и звука. Принятие нового стандарта, безусловно, даст новый импульс для повсеместного перехода на "цифру".

Идеология доставки информации потребителю в стандарте DVB
Системные решения, воплощающие в жизнь идеологию доставки информации (content) от источника до потребителя в стандарте цифрового телевидения DVB, иллюстрируются функциональной схемой, представленной на рисунке. Информацией в данном случае является любая звуковая и видеоинформация (ТВ- и радиопрограммы) и любая информация, передаваемая по IP-протоколу. Системы доставки информации (непосредственное вещание, сбор и распределение ТВ- и радиопрограмм) с использованием технологии MPEG-2 DVB, создаваемые на основе базовой функциональной модели, включают в себя такие компоненты, как: оборудование преобразования информации, мультиплексоры или ремультиплексоры, модуляторы, высокочастотное передающее и приемное оборудование (преобразователи частоты, усилители мощности, приемные и передающие антенны), приемники. Высокочастотное передающее и приемное оборудование напрямую не связано со стандартом DVB, поэтому в дальнейшем рассматриваться не будет.

Задача оборудования преобразования информации состоит в том, чтобы привести входные сигналы различных форматов к единой форме – транспортному потоку (ТП) MPEG-2 DVB, передаваемому по цифровым интерфейсам ASI-DVB или SPI-DVB. Всю группу оборудования, служащего для преобразования информации, сегодня принято называть кодирующим оборудованием. В качестве кодирующего оборудования могут выступать:

• кодеры видео и звука MPEG-2 DVB, работающие с форматами сжатия видео 4:2:0/4:2:2 и форматами сжатия звука MPEG-1 или MPEG-2. Выходная скорость может меняться в пределах 1,5...50 Мбит/с. Кодеры имеют самые разные входные интерфейсы, которые позволяют им передавать аналоговое композитное (CV, S-VHS) или компонентное видео (YPrPb), сигналы SDI, аналоговые и цифровые (AES/EBU или встроенные в SDI) сигналы звука, а также способны подмешивать в однопрограммные ТП низкоскоростные и высокоскоростные данные;
• вещательные видеосерверы, дающие на выходе потоки MPEG-2 DVB через интерфейс ASI-DVB;
• инкапсуляторы IP DVB. Эти устройства призваны преобразовывать данные, поступающие на их вход в IP-трафике по интерфейсу Ethernet в транспортный поток (ТП) формата MPEG-2 по интерфейсам DVB;
• приемники-демодуляторы, которые принимают пакет программ со спутника, демодулируют его и выдают через ASI-интерфейс для дальнейшей обработки.

Мультиплексоры применяются для объединения (мультиплексирования) однопрограммных ТП, сформированных кодирующим оборудованием, в многопрограммные ТП с включением таблиц сервисной и служебной информации (PSI/SI – Program Specific Information/ Service Information). Современные мультиплексоры могут работать как в режиме простого мультиплексирования, объединяя все приходящие на их входы потоки, так и в режиме ремультиплексирования. Работа мультиплексоров в режиме ремультиплексирования дает возможность операторам исключать из входящих многопрограммных ТП ненужные программы и заменять их новыми. При использовании специального программного обеспечения современные кодеры и мультиплексоры способны формировать транспортные потоки с применением статистического мультиплексирования. Такой способ объединения программ дает возможность экономить до 25% занимаемой полосы или увеличивать количество программ (на 1-2) в заданной полосе. Кроме того, существуют мультиплексоры, способные оптимизировать занимаемую полосу за счет замены нуль-пакетов в ТП одного кодера полезными данными другого.

Сформированные мультиплексорами многопрограммные ТП поступают на устройства канальной модуляции для их обработки и подготовки к передаче по каналам связи. Прежде всего, это модуляторы. DVB-модуляторы преобразуют входную цифровую последовательность в сигналы промежуточной частоты (70/140 МГц или L-диапазона) с тем типом модуляции, который необходим при передаче сигнала по спутниковым линиям DVB-S, кабельным сетям DVB-C или по наземным эфирным каналам DVB-T. Модулятор осуществляет все операции помехоустойчивого кодирования и модуляции радиочастоты, предусмотренные соответствующим стандартом DVB. Параметры внутреннего и внешнего кодеров, перемежителя, а также структурные схемы модуляторов разных стандартов DVB несколько отличаются друг от друга и являются предметом для отдельного рассмотрения.

Кроме этого, современные кодеры и мультиплексоры имеют выходные интерфейсы, такие, как G-703 E1, E2,E3 или DS-3, позволяющие передавать потоки MPEG-2 DVB по сетям SDH/ATM.

Для приема сигналов DVB применяются цифровые приемники-декодеры и декодеры. Приемники разделяются на профессиональные и пользовательские (бытовые). Профессиональные приемники отличаются повышенной надежностью, модульным исполнением и разнообразными выходными интерфейсами. Только профессиональные приемники могут работать с форматом кодирования видео 4:2:2. На выходе приемники могут иметь: аналоговое (композитное PAL или SECAM, в том числе SEKAM D/K) или цифровое (SDI) видео; аналоговый (симметричный или несимметричный, до трех стереопар) или цифровой (AES/EBU или встроенный в SDI) регулируемый по уровню звук; интерфейсы низко- и высокоскоростных данных. Профессиональные приемники имеют также встроенные измерители достоверности приема (BER), отношения Eb/No и другие полезные при работе функции. Для приема данных, передаваемых через DVB, используются приемники IP DVB, выполненные как в виде отдельных устройств, так и в виде плат, вставляемых в PCI-слот компьютера. Приемники IP DVB могут быть рассчитанными как на одного пользователя, так и на многопользовательское применение с использованием в локальных сетях.

Как правило, на станциях компрессии для удобства работы с оборудованием и повышения надежности используются системы сетевого управления и контроля. Такие системы позволяют оператору дистанционно контролировать и управлять большим количеством оборудования, а также обеспечивают автоматическое резервирование устройств.

Основным достоинством стандарта DVB является то, что при использовании одного транспортного контейнера – пакета DVB – вещатель может предоставить пользователю большой ассортимент услуг, то есть, имея один приемник, абонент может принимать на него программы радио, телевидения и IP-данные. Именно это свойство стандарта DVB, а также надежность и простота устройств, делает его все более популярным в мире и в России.

На схеме представлена идеология доставки информации по стандарту DVB. В следующей статье будет более подробно рассмотрены устройства, входящие в схему.

Продолжение следует.