Сертификация телецентров и переход телевещания на цифровые технологии (10-летний юбилей системы сертификации «Телерадиотест»)

Лаврентий Лишин

Прошло уже более 10 лет после ликвидации СССР, и в России вместо 167 телецентров возникло более 1,5 тыс. Их техническая база создавалась частным образом, и перед государством встала задача контроля качества телепрограмм, предлагаемых телезрителям страны. Это можно было сделать, организовав сертификациию технической базы телецентров перед выдачей им лицензий на право выхода в эфир. Тогда, 10 лет назад, было предложено два принципиально различных способа сертификации. Первый, предложенный НИИТ (Л.Л. Полосин, Л. С. Баланин), заключался в том, чтобы разработать переносимый измерительный комплект на базе компьютера типа notebook и проводить измерения основных параметров телевизионных и звуковых сигналов непосредственно на телецентрах. Однако этот способ оказался не реализованным. Второй, предложенный ВНИИТР (Л.Г. Лишин, С. Р. Немцова), заключался в записи контрольных кассет на телецентрах. Испытателям было предложено возить на объекты только источники испытательных видеосигналов (портативный генератор) и сигналов звука (мини-диск) и записывать контрольные кассеты по согласованным рабочим программам, а измерения контрольных кассет предлагалось сосредоточить во ВНИИТР. Были разработаны методики испытаний аналоговых телецентров, в дальнейшем утвержденные в МПТР в виде ОСТ 58-18-96 [1].

Рис. 1. Структурные схемы типовых телецентров: аналогового и цифрового

На рис. 1 показаны типовые структуры аналогового и цифрового телецентров. Испытатель обычно отдельно записывает на контрольную кассету сигналы от видеокамер, сигналы на выходе технологических цепочек, включающих монтажные аппаратные, центральную аппаратную и другие звенья телецентра. Отдельно записывается сигнал на выходе транскодера.

Результаты измерений сравниваются с показателями, приведенными в ОСТе. Если они хуже, то эксперт в своем заключении требует ремонта или замены оборудования. Так как в аналоговых телецентрах качество выходных телевизионных сигналов в основном лимитируется форматом записи видеосигналов, то основные параметры в группах качества, указанных в ОСТ 58-18-96, были нормированы таким образом, чтобы формат S-VHS относился к третьей группе качества, Betacam SP ко второй группе и т.д.

Нужно отметить, что метод контрольных кассет в течение восьми лет нормально работает при сертификации аналоговых телецентров, а вот с появлением цифрового оборудования начались проблемы. Цифровые видеомагнитофоны имеют более высокие параметры — амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), отношение с/ш, коэффициент нелинейных искажений (КНИ) и прочие характеристики — и при использовании смешанного оборудования качество выходных сигналов определяется другими причинами. На основе статистического анализа характеристик телецентров со смешанным оборудованием были разработаны нормы для смешанных групп: 3ца, 2ца, 1ца. Характерно, что в этом случае основные потери качества происходят при использовании аналоговых интерфейсов и связанных с этим аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразований сигналов.

Коренное отличие типового цифрового телецентра (рис. 1) состоит в том, что в нем передача сигналов от одного цифрового оборудования к другому производится через цифровые интерфейсы SDI или IEEE 1394 [2], а сертификация — в том же порядке, но имеется ряд отличий, на которых остановимся подробнее.

Цифровые видеокамеры — это обычно первый вид оборудования, с которого начинается переход на цифровые технологии [3]. Их проверка производится путем записи изображений специально разработанных отражательных таблиц (рис. 2). Причем видеокамеры проверяются не только по яркости, но и по цветности. Новые таблицы дают возможность оценить четкость камеры отдельно для красной и голубой составляющих по горизонтали и по вертикали. За последние несколько лет в ИЦ ВНИИТР были измерены параметры десятков видеокамер цифровых форматов DV, DVCAM, DVCPRO. Измерение параметров каналов цветности показало, что хотя стандарт цветового кодирования 4:2:0 для России считается предпочтительнее стандарта 4:1:1, но в сочетании с чересстрочным цветовым кодированием в сигнале SECAM последний обеспечивает изображение более высокого качества.

Рис. 2. Измерительные отражательные таблицы

Рис. 3. Измерительный сигнал multi-vits

Если монтажные аппаратные, указанные на рис. 1, укомплектованы цифровыми видеомагнитофонами или нелинейными монтажными системами, то их проверка затрудняется тем, что требуется более высококачественная измерительная аппаратура и новые методики измерений. Оценка параметров по испытательным строкам должна быть полностью исключена, так как кадровая группа целиком заменяется блоком электронной обработки. Наиболее удобен для этих целей сигнал multi-vits (рис. 3), который позволяет быстро провести все необходимые измерения. В последнее время монтажные аппаратные комплектуются нелинейными монтажными системами. Многие небольшие телецентры вообще не имеют в своем составе цифровых видеомагнитофонов. Всю подготовку собственных программ они производят, используя память нелинейных систем монтажа.

В этом случае испытатель вынужден для записи контрольной кассеты привозить на объект портативный цифровой видеомагнитофон. Нелинейные монтажные системы имеют ряд особенностей, которые затрудняют их проверку и измерения характеристик. Выходные параметры изображения и звука зависят от ряда регулировок, используемых при монтаже программы. Хотя испытатель должен записывать сигнал на контрольную кассету в рабочем режиме, это требование часто нарушается. Поэтому испытатель записывает на контрольную кассету два вида выходных сигналов нелинейной системы: во-первых, полученные при подаче на ее вход сигналов от генератора, и во-вторых, сигналов, полученных при воспроизведении компакт-дисков с испытательными сигналами. Сравнение параметров этих сигналов позволяет более точно определить состояние сертифицируемых нелинейных монтажных систем.

При выезде испытателя на объект запись испытательных сигналов на контрольную видеокассету должна производиться в соответствии с принятой в телекомпании технологией. Это требует наличия источника сигналов, согласованного по интерфейсу с входным интерфейсом соответствующей технологической цепочки, как для видеосигнала, так и для звука. При существующем в стране разнообразии применяемого оборудования необходим генератор, работающий по выходам: Y/C (разъем S-Video), YPrPb, PAL, SDI, IEEE 1394 и даже SECAM. Этим требованиям удовлетворяет разработанный в ОАО ВНИИТР генератор DTG-35D. Генератор выдает все указанные варианты выходных сигналов, но не имеет интерфейса IEEE 1394. В этом случае требуется применение промежуточного преобразователя сигнала SDI в IEEE 1394 (например, конвертера DV-Bridge). Однако в части звуковых сигналов для их замешивания в сигнал IEEE 1394 необходимо иметь источник звукового сигнала с интерфейсом AES, что требует при аналоговом источнике звука дополнительного преобразования сигнала, ведущего к ухудшению параметров. Кроме того, уже существуют телекомпании, в которых технологический процесс полностью переведен на цифровые видеосигналы, объединенные со звуком, которые подаются на спутниковый канал. В таком случае для записи контрольной видеокассеты необходимо располагать устройством для ввода звукового сигнала в SDI и вывода звука из цифрового потока (так называемые embedder & deembedder). Для оценки качества прохождения последовательного цифрового потока по испытуемой технологической цепочке необходимо иметь возможность ввода в цифровой поток контрольных посылок EDH и CRC-слов. Что касается субъективной оценки качества, то она производится либо путем записи фрагментов собственной программы телекомпании, либо с использованием фрагментов испытательных изображений, принятых Европейским Союзом.

При испытаниях контрольной видеокассеты в ИЦ ВНИИТР анализ записанной программы и измерения параметров производится на образцовом видеомагнитофоне соответствующего формата. При этом коммутацию сигналов и их измерения необходимо производить в соответствии с рабочим интерфейсом телекомпании. При необходимости коммутировать сигналы SDI возможно применение коммутатора цифровых потоков типа ДСТК SDI-540.

Параметры	Канал изображения
	I ц группа		II ц группа		III ц группа
Разрешающая способность, твл, не менее:
яркости
по горизонтали	460		430		400
по вертикали	400		200		200
цветности
по горизонтали	200		90		65
по вертикали	180		80		65
Индекс цветопередачи	80		75		65
	Частота	Неравн.	Частота	Неравн.	Частота	Неравн.
Неравномерность АЧХ по сигналу яркости, дБ на частотах, МГц	0,5…4,8 5,8	±0,5 +0,5…-2,0	0,5-4,0 4,8 5,8	±0,5 +0,5…-1,0 +0,5…-4,0	0,5-2,0 4,8 5,5	±0,5 +0,5…-2,0 +0,5…-6,0
	Частота	Неравн.	Частота	Неравн.	Частота	Неравн.
Неравномерность АЧХ по сигналам цветности или компонентным сигналам, дБ на частотах, МГц	0,5-2,0	+0,5 -2,0	0,5-1,5	+0,5 -2,0	0,5-1,3	+0,5 -4,0
Искажения sin2 -имп. К-2Т, %, не более	1,0		2,0		3,0
Отношение сигнал-шум сигнала яркости, дБ, невзвешенное значение, не менее	55,0		50,0		50,0
Коэффициент нелинейных искажений яркости, %, не более	3,0		5,0		10,0
Коэффициент нелинейных искажений цветности, %, не более	3,0		5,0		5,0
Расхождение во времени сигналов яркости и цветоразностных сигналов, нс, в пределах	(30		(60		(80
Расхождение во времени звука и изображения, мс, в пределах	(20		(20		(40
Коэффициент цифрового сжатия сигнала изображения Ксж , не более:
с внутрикадровым сжатием M-JPEG	3,3		5		10
с внутри- и межкадровым сжатием MPEG-2	-		10		15

Анализ параметров цифрового потока SDI (глаз-диаграммы, джиттера и уровня ошибок в цифровом потоке по сигналу EDH) производится специализированным осциллографом WFM 601М. Измерение параметров видеосигналов осуществляется традиционным способом с помощью измерителя видеопараметров WM-700А, однако наиболее удобным было бы использование прибора WM-700Т (Турбо) с цифровыми опциями, позволяющего анализировать характеристики как SDI-потоков, так и параметры звуковых аналоговых и цифровых стереосигналов, записанных на контрольной видеокассете. Для измерения аналоговых звуковых сигналов применяется автоматический измеритель ИЗК, а для анализа звуковых сигналов используется универсальный измеритель A2 Neutrik. Субъективную оценку качества изображения и звука при полностью цифровой технологии производства программ необходимо производить по монитору, имеющему цифровой вход SDI для исключения лишнего преобразования цифрового сигнала в аналоговый. Результаты измерений контрольных кассет сертифицируемого цифрового телецентра сравниваются с таблицами нормативных параметров, приведенными в ОСТ 58-23-01 [4]. Указанные таблицы рассчитаны для формата экрана 4:3, причем для высшей группы (ТВЧ) введено примечание. Ее параметры будут уточняться после принятия для России системы телевидения высокой четкости. Нет никаких сомнений в том, что разработанные четыре года назад технические требования к цифровым телецентрам требуют доработки.

Субъективная оценка качества изображения
	Количество баллов, не менее
	I ц группа	II ц группа	III ц группа
Телекамеры и видеокамеры	5	5	4
Собственная программа	5	5	4
Техническая кассета	5	4	4

Но особое внимание следует уделить методам объективной и субъективной оценки сжатых цифровых потоков в связи с началом цифрового телевизионного вещания по стандарту DVB-T в ближайшие годы. В аналоговом вещании при ухудшении условий приема снижение качества изображения происходит плавно. В отличие от этого при цифровом вещании изображение сохраняется довольно долго, но затем наступает «эффект отсечения». Этот эффект зависит не только от условий приема, но и от содержания программы, степени сжатия и ряда других факторов. К сожалению, статические тест-сигналы не дают полной оценки технических параметров. Требуется анализ с помощью движущихся испытательных фрагментов. При сертификации кодеков MPEG-2 кроме оценки объективных параметров после декодирования изображения и звука были использованы субъективные методики оценки фрагментов программ, рекомендованных международными организациями. Тестирование проводили только квалифицированные эксперты. Перед каждым сжатым фрагментом группе экспертов демонстрировался исходный видеоматериал, а затем показывался тот же фрагмент, сжатый кодеком. При «заметных» искажениях мнения, как правило, совпадали, а при «малозаметных» наблюдалось расхождение в оценках.

Канал звукового сопровождения
Параметры	I ц группа	II ц группа	III ц группа
	Частота	Неравн.	Частота	Неравн.	Частота	Неравн.
Неравномерность АЧХ, дБ на часто- тах, Гц	20-15000 >15000-20000	±1,0 +1,0…-3,0	20-15000 >15000-20000	±1,5 +1,5…-3,0	20-15000	±2,0
Отношение сигнал- шум, дБ, не менее -	60,0		55,0		50,0
Коэффициент гармо- ник Кг, %, не более	1,0		1,0		1,0
Коэффициент циф- рового сжатия зву- кового сигнала Ксж, не более	1		5		10
Субъективная оценка качества звука
Количество баллов, не менее	5		4		4

В настоящее время ряд ведущих фирм предлагает аппаратуру для объективного анализа сжатых цифровых потоков. Например, фирма Tektronix выпускает прибор PQA 300, фирма Rohde & Schwarz — аппарат DVQ, фирма Pixelmetrix — прибор DVStation, фирма Snell & Wilcox — программное обеспечение Mosalina. Все это оборудование позволяет анализировать и объективно оценивать сжатые цифровые потоки с точностью, в разной степени совпадающей с субъективными оценками. Принципы оценки качества сигналов после сжатия у этих приборов различны. Например, анализатор фирмы Tektronix представляет последовательность изображений как тест-последовательность с референтными метками и оценивает ее как тест-объект, определяя условную величину PQR (Picture Quality Rating), хорошо совпадающую с субъективными оценками. В анализаторе фирмы Rohde & Schwarz применяется способ оценки различия между соседними блоками пикселов и макроблоками. При этом предполагается, что в несжатом сигнале они распределены равномерно. В зависимости от величины сжатия происходит расщепление разностей, и оно возрастает с ростом артефактов. Данный способ позволяет оценивать сжатый поток в реальном масштабе времени, что говорит о его определенном преимуществе. Анализатор фирмы Pixelmetrix оценивает серию изображений, выбранную из сжатого потока, и определяет ошибки четкости, блочную структуру, «замороженные изображения» и даже отношения с/ш в сигналах яркости и цветности. Однако до тех пор, пока международные организации не дадут исчерпывающих рекомендаций, закупать это оборудование и применять его для сертификации будет преждевременно.

Проникновение цифровых технологий в телевещание привело к значительному росту потребностей телецентров в контенте, возрастанию роли архивов в подготовке телепрограмм. Глобальные информационные системы позволяют обмениваться метаданными, широко их использовать при подготовке программ. На ведущих телецентрах страны должны появиться автоматизированные электронные архивы, позволяющие в короткий срок найти необходимый контент и включить его в программу.

Однако состояние аудиовизуальных архивов на телецентрах, в Гостелерадиофонде и Госфильмофонде нашей страны различно. Как правило, это катушки с 2" лентой и кассеты с аналоговыми записями форматов S-VHS и Betacam SP, раздельным хранением основного материала и краткого его описания (метаданных). Для передачи по каналам связи материал оцифровывают, а затем в аналоговом или в цифровом виде вводят в нелинейные монтажные системы. При этом потребитель, выбирающий контент по метаданным, не всегда уверен в его качестве. Оно проявляется только в конечном продукте. Провести сертификацию контента и указать его качество в метаданных пока не представляется возможным.

Фактическое состояние архивов и принятая технология обмена метаданными и самим аудиовизуальным материалом может стать самым серьезным препятствием на пути введения цифровых технологий в вещание. Рассмотрим, как в настоящее время потребитель получает требуемый материал из архива. Даже имея метаданные, он не может получить в электронном виде сжатую цифровую копию необходимого ему видео и звука и вынужден заказывать все это вслепую. Получив заказ, сотрудники архивов переписывают на кассету копию с оригинала и отправляют ее заказчику. На это требуется много времени и трудозатрат. Изменить указанную технологию в корне можно, создав цифровые электронные архивы оперативного и длительного хранения. Однако для этого требуются большие капиталовложения, которых у владельцев архивов нет.

Вместе с тем, наблюдаемый в стране перевод архивов на цифровой носитель (например, кассеты MPEG IMX), переход телецентров на цифровое телевещание по стандарту DVB потребует значительно повысить качество архивных изображения и звука, расширить возможности их передачи по каналам связи, создать необходимые электронные архивы на телецентрах и в фондохранилищах. Иначе основное требование современного телевещания — создавать программы в короткое время и с минимальными затратами — выполнить будет невозможно.

Все изложенное выше относилось к эфирному вещанию стандартного качества. Однако в последнее время развитие информационных технологий привело к появлению принципиально новых форм вещания, в которых качество изображения перестает играть решающую роль. Главенствующую роль начинает играть доставка потребителю новостей со всего мира за короткое время с незначительными расходами на это. Появление в новостных репортажах изображений из Интернета, мультимедийных фрагментов, телерепортажей, переданных по спутниковым каналам, считается вполне оправданным, несмотря на «замороженные» кадры, пониженную четкость, цветовые искажения и прочие дефекты. Введение этих новинок в информационные передачи является оправданным приемом, так как они повышают интерес к телевизионным программам в целом. Конкуренция между просмотром телевизора, «домашним кинотеатром», просмотром кинокартин с DVD или в кинозале, получением телепрограмм в Интернете непрерывно нарастает.

В последнее время появились сообщения о создании телевещания, рассчитанного на прием и просмотр программ на экранах мобильных телефонов. Конечно, подобные программы принимаются с пониженным качеством и бессмысленно говорить о сертификации качества таких «нестандартных» телевизионных источников сигнала. Вместе с тем, стоит подумать о том, какие «нестандартные» телевизионные сигналы могут отрицательно повлиять на здоровье человека и заранее предусмотреть меры против этого.

Литература

1. ОСТ 58-18-96 Техническая база производства телерадиопродукции. Методы сертификации. Общие требования. Основные параметры и методы испытаний. Вторая редакция.

2. Хаимов  В. З. Интерфейс SDI. Broadcasting, 2000, № 1.

3. Лишин  Л. Г. Внедрение цифровых технологий в малых телевизионных компаниях (часть 1). Broadcasting, 1999, № 2.

4. ОСТ 58-23-01 Техническая база производства цифровой телерадиопродукции. Методы сертификации. Общие требования. Основные параметры и методы испытаний.