«625»
«Звукорежиссер»
«ТТК»
Многоуровневый мониторинг достоверности в цифровом телевизионном вещании
| Оглавление обзора |
|---|
|
По мере того, как вещатели переходят от аналоговых технологий к цифровым, кардинальные отличия этих технологий приводят к появлению новых методов проверки качества и надежности вещания. В этой статье будут описаны контроль качества и проблемы систем управления, с которыми сталкиваются операторы цифрового вещания, а также устройства мониторинга, разработанные для решения этих проблем.
Мониторинг качества в цифровом телевидении
В аналоговых телевизионных сигналах видео и звук представлены в виде непрерывного диапазона значений, причем число состояний можно принять равным бесконечности. Незначительные отклонения от номинала в канале распределения или передачи этих сигналов могут вызвать заметные ухудшения изображения или звука. Качество неуклонно снижается по мере ухудшения работы канала.
Специалисты аналогового вещания выявляют неполадки в канале путем простого визуального контроля изображения на экране контрольного монитора, принимающего передаваемый сигнал. По мере приобретения опыта эти специалисты могут классифицировать тип и уровень неполадки и предпринять соответствующие действия прежде, чем качество снизится до неприемлемого уровня. Контрольно-измерительное оборудование лишь добавляет точности этому методу контроля качества.
В цифровых телевизионных сигналах информация о видео и звуке представлена в виде дискретных наборов величин, которые могут принимать лишь вполне определенные значения. Минимальные ухудшения условий распространения и передачи сигнала в канале обычно не оказывают заметного влияния на качество изображения или звука. Качество остается высоким до тех пор, пока ухудшение работы канала не достигнет критической точки. В этот момент качество моментально падает до недопустимого уровня.
Поэтому инженеры, обслуживающие системы цифрового вещания, не могут визуально выявить неполадки, возникающие в канале передачи. Все, что они могут сделать — это отреагировать на факт резкого снижения качества после того, как этот факт будет иметь место. А значит, операторам цифрового вещания необходимы такие методы измерений, которые позволяли бы выявить возникающие в канале передачи проблемы до того, как произойдет ухудшение качества видео и звука.
Контрольно-измерительная техника, способная выявить неполадки до того, как они окажут заметное влияние на качество, помогает вещателям достичь того же уровня достоверности при цифровом вещании, который имеет место при аналоговом. Эти устройства мониторинга называются мониторами достоверности, а системы, построенные на их основе, — системами мониторинга достоверности. Требования к устройствам и системам мониторинга достоверности, рассчитанным на применение в сфере цифрового телевизионного вещания, разработаны исходя из проблем, с которыми приходится сталкиваться вещателям при использовании систем управления и контроля качества.
Система управления цифровым телевизионным вещанием
Поддерживая конвергенцию систем распределения видео, голоса и данных, процесс перехода от аналоговых технологий к цифровым оказывает влияние и на систему управления цифровым телевизионным вещанием. Операторы цифровых телекоммуникационных сетей получают новые источники доходов, предлагая вещателям услуги распределения информации, а вещатели могут пользоваться этими услугами, чтобы снизить свои эксплуатационные расходы. Однако это усложняет процесс обеспечения качества, поскольку в цепи распределения сигнала появляются новые дополнительные звенья. Например, если одна компания передает контент другой, то вещателю приходится полагаться в вопросах сохранения качества на то, что эти две компании полностью выполняют свои обязательства.
Конвергенция технологий отличается также новыми подходами к управлению системой. Многие вещатели полагаются на технологии управления, сходные с теми, что применяются в централизованных системах управления телекоммуникационных предприятий. Эти системы используют сетевые устройства мониторинга соответствия, которые могут выдавать отчеты о состоянии и посылать сигналы оповещения в центр управления видеосетью по стандартным коммуникационным протоколам.
Эффект цифрового срыва (digital cliff effect), увеличивающееся число стыков и новые подходы централизованного управления являются факторами, влияющими на характеристики систем мониторинга достоверности в цифровом телевидении. Решения по мониторингу достоверности должны также решать проблемы контроля качества, возникающие вследствие многослойной структуры систем цифрового телевидения.
Многоуровневый мониторинг достоверности
 |
| Уровневая модель цифрового телевизионного вещания |
В аналоговых телевизионных системах каналы распределения и передачи можно рассматривать как последовательность этапов обработки аналогового сигнала. С переходом к цифровым технологиям вещатели могут использовать цифровую обработку сигналов и технологии цифровой обработки данных для повышения качества и эффективности своих вещательных сетей. Следовательно, каналы распределения и передачи в цифровых телевизионных системах предусматривают последовательности этапов цифровой обработки сигналов и цифровой обработки данных.
 |
| Уровневый мониторинг |
Чтобы лучше понять, как эти этапы связаны между собой и как они влияют на качество вещания, представим их в виде многоуровневой модели. В частности, мы можем использовать для моделирования системы цифрового телевизионного вещания три уровня.
Уровень форматирования
Здесь провайдер телевизионного контента создает и форматирует видео и звук так, чтобы вещатель мог доставить их к потребителю. Обработка сигнала на этом уровне включает:
- оцифровку, дискретизацию и форматирование, необходимые для создания цифрового телевизионного сигнала;
- преобразование из одного цифрового формата в другой;
- отображение цифрового сигнала на телевизионном приемнике или мониторе.
Уровень компрессии
На этом уровне провайдеры контента и вещатели осуществляют сжатие контента и его подготовку к хранению, распределению или передаче. Обработка сигнала на этом этапе предусматривает сжатие видео и звука. Обработка данных здесь включает:
- мультиплексирование программ и системной информации в единый поток данных;
- фрагментацию этого потока в пакетный протокол;
- извлечение программ из пакетов для декодирования.
Уровень распределения
На этом уровне вещатели обрабатывают контент для распределения по локальным сетям или доставки его к потребителю посредством систем цифровой передачи телевидения. Обработка сигнала здесь производится на основе технологий модуляции ВЧ-несущей цифровыми сигналами. Обработка данных включает:
- применение алгоритмов коррекции ошибок;
- форматирование, необходимое для встраивания контента в протоколы коммуникации сети, применяемые для локального распределения.
Проблемы контроля качества на каждом из уровней
Добавление цифровой обработки сигнала и данных к процессу цифрового вещания вызывает появление новых источников ошибок, причем на каждом уровне имеют место различные типы ошибок.
На уровне форматирования вещатели часто сталкиваются с проблемой работы с большим числом новых форматов как для стандартного телевидения, так и для ТВЧ. Как и в аналоговом телевидении, операторы должны обеспечить достоверную колориметрию и проверить соответствие стандартам. Кроме того, может возникнуть необходимость в преобразовании одного формата в другой, например, понижающее преобразование ТВЧ-контента для вещания в стандартном разрешении. Эти преобразования могут повлечь за собой ошибки. Помимо этого, раздельная обработка цифровых видео и звука может вызвать проблемы с синхронизацией.
На уровне компрессии вещатели имеют дело с технологиями, которые существенно отличаются от любых, используемых в аналоговом телевидении.
Компрессия приводит к появлению совершенно новых дефектов качества — так называемому блокинг-эффекту или блочному шуму. Ошибки могут возникать в процессе комплексной обработки при мультиплексировании программ и системной информации в единый поток данных. Ошибки синхронизации и согласования во времени могут нарушить процесс декодирования, что приведет к заметному ухудшению качества.
На уровне распределения операторы сталкиваются с уже знакомой ВЧ-технологией в передающих сетях. Однако эти системы используют иной тип модуляции, чем обусловлено появление новых трудностей в понимании вопросов покрытия и интерференции. Для внутреннего распределения вещатели все более полагаются на телекоммуникационные технологии, где имеют место проблемы задержки, потери пакетов и синхронизации.
На пути от источника к потребителю программный контент обычно проходит все эти системные уровни многократно. Переходы между уровнями, например, преобразование некомпрессированного цифрового видео на уровне форматирования в компрессированное на уровне компрессии, могут существенно изменить исходную цифровую информацию. Дополнительная обработка, необходимая для перемещения информации между уровнями, увеличивает вероятность ошибок качества при переходах.
Более того, ошибки из одного уровня могут привести к их появлению и в другом, в некоторых случаях маскируя изначальный источник ошибки. Например, блочный шум может возникнуть из-за проблем на этапе сжатия (уровень компрессии) либо как следствие неисправленных битовых ошибок в приемнике (уровень распределения). Точно так же ошибки передачи могут возникнуть из-за сбоев на этапе модуляции (уровень распределения) либо из-за изменения скорости потока при подаче его от мультиплексора в цепочке «студия — передатчик» (уровень компрессии).
Распределенный многоуровневый мониторинг достоверности
Системы мониторинга достоверности для решения проблем контроля качества и управления системой, описанных выше, должны обладать следующими характеристиками:
- соответствующим уровню зондированием, позволяющим выявить различные типы ошибок в цифровой телевизионной системе;
- возможностью многоуровневого мониторинга, дающего вещателям возможность быстро локализовать источник ухудшения качества;
- расширенными возможностями мониторинга, обеспечивающими оператора развитой системой оповещения об ухудшении работы системы прежде, чем возникнут серьезные проблемы с качеством;
- возможностью сетевого управления.
Если говорить о системе мониторинга достоверности, то каждое устройство, входящее в систему, можно рассматривать как зонд, производящий мониторинг качества в определенной точке определенного уровня в цепи распределения и передачи. Вещателям необходимы зонды различных типов, чтобы осуществлять контроль разных уровней.
На уровне форматирования цифровые осциллографы помогают операторам выявлять большое число проблем, влияющих на качество. Как и их аналоговые собратья, эти приборы позволяют оценить параметры видеосигнала, но уже цифрового. Они входят в более широкий ассортимент зондов для уровня форматирования, включающий также аудиомониторы, мониторы качества изображения для выявления блочного шума и других дефектов, а также измерителей задержки видео и звука.
Основные этапы обработки и технологии, используемые на уровне компрессии, определяет стандарт MPEG-2. Операторам нужны мониторы протокола MPEG, способные выявлять проблемы на основных этапах MPEG-обработки, а также на дополнительных этапах, определяемых вещательными стандартами DVB, ATSC или ISDB, базирующихся на MPEG.
На уровне распределения специалистам необходимы приборы для выявления проблем качества в различных каналах распределения и передачи. Приборы этой группы включают устройства для мониторинга ВЧ-передачи по стандартам DVB, ATSC или ISDB. Сюда же входят зонды для мониторинга информации, передаваемой по кабельным или волоконнооптическим сетям.
Многоуровневый мониторинг
Для того чтобы удостовериться (то есть выполнить мониторинг достоверности), что все звенья производственной цепи работают правильно и эффективно, вещателям, в общем случае, необходимы зонды на всех уровнях. Проверка только одного уровня может дать искаженную картину «здоровья» системы.
Эта статья начиналась с простого примера, когда при аналоговом вещании качество изображения проверялось простым визуальным контролем на приемном мониторе. Это и есть мониторинг на уровне форматирования. Предоставляя существенную информацию о работоспособности системы при аналоговом вещании, такой способ в случае мониторинга MPEG-протокола или ВЧ-передачи способен обеспечить лишь частичную информацию. Чтобы получить полные данные о качестве системы и быстро выявить и локализовать проблемы с качеством, операторам нужны системы многоуровневого мониторинга достоверности.
Расширенные возможности мониторинга
Зонды мониторинга достоверности можно также разделить по уровню мониторинга, заложенного в них. Базовые мониторы достоверности позволят оценить небольшой набор ключевых параметров качества. Они работают как аварийная лампа-индикатор, сообщая оператору о том, что произошло что-то неладное.
Однако базовые мониторы достоверности не обеспечивают комплексного решения. Хотя они и позволяют вещателю расширить возможности реагирования на возникающие проблемы, но не предоставляют информации, необходимой для локализации точек их возникновения до того, как качество снизится до критического уровня. Мониторы достоверности с расширенными возможностями применяют более сложный алгоритм анализа, выполняя дополнительные измерения параметров качества. Они работают как измерительные шаблоны, сообщая оператору о начинающих возникать проблемах.
В качестве хорошего примера этих различий можно привести мониторинг ВЧ-передачи. Базовые ВЧ-мониторы достоверности измеряют уровень битовых ошибок (BER). Этот показатель будет оставаться низким до тех пор, пока передача не достигнет уровня цифрового срыва, а затем резко возрастет во время аварийного прекращения передачи. Это измерение дает оператору лишь немногим больше времени для реагирования, чем в случае простого визуального контроля передачи на мониторе.
 |
| Уровневая модель цифрового телевизионного вещания |
ВЧ-мониторы достоверности с расширенными функциями выполняют дополнительные измерения, такие как отношение ошибок модуляции или величина вектора ошибок. Эти значения существенно меняются по мере ухудшения работы системы, предоставляя операторам своевременную информацию о вероятности возникновения проблем и возможность предпринять соответствующие действия по регулировке действующей системы или переходу на резервную.
Сетевое управление
Система управления также нуждается в мониторинге соответствия. Вещателям часто нужно отслеживать точки, географически удаленные друг от друга. Например, вещатель, получающий входящие потоки по телекоммуникационной сети, может захотеть установить зонды мониторинга достоверности в точке расположения оператора сети.
 |
| Мониторинг вещательной сети |
Такие распределенные зонды нуждаются в сетевой поддержке, чтобы они могли передавать отчеты о статусе и предупреждения в центр управления. Программное обеспечение мониторинга сети может осуществлять корреляцию этой информации, что поможет инженерам идентифицировать источник проблем качества.
Физические и экономические факторы мониторинга достоверности
Физические размеры (габариты) оборудования и его цена являются традиционными факторами, которые необходимо учитывать при создании систем мониторинга достоверности. Большие модульные системы могут хорошо работать в центральных узлах с большим количеством сигналов и мультиплексированных потоков, тогда как малые одноканальные зонды будут более эффективны в удаленных точках, например, в местах установки передающего оборудования. Вещатели, занимающиеся мобильными телевизионными приложениями, могут нуждаться в очень портативных системах, а бригады установки и обслуживания требуют ручных зондов мониторинга достоверности.
Заключение
Из-за явления цифрового срыва вещатели более не могут выявлять проблемы качества путем простого визуального наблюдения транслируемого сигнала и нуждаются в системах мониторинга достоверности. Объединение аналоговой и цифровой обработки сигнала с цифровой обработкой данных приводит к появлению многоуровневых цифровых телевизионных систем, обусловливая необходимость в многоуровневых системах мониторинга достоверности, в состав которых входят уровневые зонды для быстрого выявления и локализации проблем качества.
Для этих систем нужны расширенные возможности мониторинга, способные помочь вещателям выявлять причины ухудшения работы систем до того, как качество упадет ниже допустимого уровня. Эти системы также должны быть обеспечены зондами с сетевой поддержкой, выполненными в различных размерах, чтобы интегрировать их в любую систему управления.
По мере перехода телевидения от аналогового к цифровому вещатели будут все больше опираться на эти распределенные многоуровневые системы мониторинга достоверности, чтобы обеспечить оптимальную эффективность своих распределительных и передающих сетей.