Цифровое телевиденье в России: готовность №1

Константин Быструшкин

30…31 октября 2006 года в Московском научно-исследовательском телевизионном институте (ЗАО «МНИТИ») прошла третья международная научно-техническая конференция «Современные телевизионные технологии. Состояние и направления развития». В ее работе приняли участие представители вещательных компаний, Министерства информатизации и связи РФ, ведущие российские и зарубежные компании, изготовители электронных компонентов из России и Европы, руководители Управления радиоэлектронной промышленности и систем управления РФ и ОАО «Телеком», журналисты профильных изданий. Всего в работе конференции участвовало свыше 150 специалистов, представляющих более 60 организаций и фирм.

В программу конференции было заявлено 56 докладов, при этом 12 докладов было вынесено на пленарное заседание 30 октября, а остальные были заслушаны на заседаниях двух секций 31 октября.

Пленарное заседание прошло под председательством члена-корреспондента РАН, советника генерального директора МНИТИ, д.т.н. Ю. Б. Зубарева.

На заседании секции № 1 «Телевизионные технологии XXI века» председательствовал заместитель генерального директора МНИТИ по научной работе к.т.н. К. Н. Быструшкин, а в секции № 2 «Прикладное телевидение» — заместитель генерального директора МНИТИ по научной работе к.т.н. В. И. Шахрай.

Во время конференции ЗАО «МНИТИ» была устроена выставка образцов аппаратуры цифрового телевидения, разработанной и изготовленной российскими предприятиями. Эти образцы наглядно показали, что российская промышленность обладает высоким научным и производственным потенциалом для разработки и производства конкурентоспособной аппаратуры.

Ограниченный объем журнальной публикации не позволяет ознакомить читателей со всеми докладами, сделанными на конференции. Поэтому в этой статье будет рассказано лишь о самых интересных из них.

Со вступительным словом к участникам конференции обратилась председатель Оргкомитета конференции, генеральный директор МНИТИ, д.э.н. Н. Н. Вилкова.

Она отметила, что конференция проходит в юбилейный для отечественного телевидения год 75-летия с начала регулярного телевизионного вещания в России.

Первый доклад «Использование телевизионных систем в дистанционном зондировании земли из космоса» сделал д.т.н. А. С. Селиванов (РНИИ КП).

Его доклад был посвящен методам получения изображения земной поверхности из космоса, его обработке и регистрации.

В настоящее время коммерческими спутниками для телевизионной съемки Земли с возможностью наблюдения объектов размерами порядка одного метра кроме России и США обладают Япония, Израиль и ряд европейских стран. Причем особенностью спутников нового поколения является то, что они относятся к классу легких космических аппаратов весом менее тонны (в среднем 400…600 кг). Применение быстродействующих процессоров позволило «вытаскивать» из матриц телекамер значительно больше информации, чем с нее, казалось бы, можно было получить, если исходить из формального количества пикселов ПЗС матрицы телекамеры. Современные технологии позволяют вычислить информацию, соответствующую половине пиксела изображения и даже меньше.

Далее докладчик подробно остановился на вопросах конструирования и дистанционного управления спутниками телевизионного обзора Земли. Важнейшим технологическим прорывом, позволившим радикально упростить и удешевить спутники телевизионного обзора земной поверхности, стало использование каналов космических телекоммуникационных систем для передачи сигналов телеметрии и телевизионного сигнала со спутников на наземные станции. При этом отпала необходимость размещать на борту спутников мощные передатчики и системы электропитания для них. В результате масса спутников уменьшилась до нескольких килограмм и появилась возможность запускать их буквально «с руки» экипажу международной космической станции.

Еще одной ключевой технологией современных спутников телевизионного обзора является широкое использование цифровых технологий для компрессии телевизионных сигналов. Методы компрессии сигналов космического цифрового телевидения мало отличаются от вещательных за исключением скорости смены кадров, которая существенно снижена, что позволило резко снизить скорость передачи в канале и использовать в качестве абонентских терминалов широко распространенные и сравнительно дешевые наземные приемные станции, работающие в диапазоне 1,7 ГГц со скоростью цифрового потока 0,6 Мбит/c с приемной антенной размером всего 2,5 м.

В связи с отсутствием по объективным причинам профессора М. И. Кривошеева, его доклад «О международной стандартизации в области DVB» зачитал К. Н. Быструшкин.

Он передал приветствие профессора М. И. Кривошеева участникам конференции и отметил, что вопросы разработки единых стандартов были ключевыми при создании систем цифрового телевидения. Как известно, при разработке черно-белого, а затем и цветного аналогового телевидения специалистам так и не удалось выработать общий стандарт. В начале 1980-х годов, когда начались работы по созданию цифровых систем телевещания, стало очевидным, что будущее цифрового телевидения во многом будет зависеть от создания единого стандарта. С учетом этого трудно переоценить роль, которую сыграл в истории цифрового телевидения профессор Кривошеев, более 30 лет возглавлявший 1-ю исследовательскую комиссию МСЭ-Р по телевидению. На этом посту он фактически определял стратегию развития всемирного телевидения всю последнюю четверть прошлого века. Под его непосредственным руководством были разработаны системы цифрового телевидения DVB-T, ATSC, HDTV, а также принципы построения интерактивного телевидения и различных информационных систем на его основе.

Кривошеев первым сумел сформулировать технические требования к будущим системам цифрового телевидения, выразив их знаменитой формулой: «Цифровое телевидение (в том числе ТВЧ) должно подчиняться правилу «6+7+8». Это означало, что сигналы цифрового телевещания должны передаваться в стандартных полосах 6 МГц (Америка и Япония), 7 МГц (Западная Европа) и 8 МГц (СССР, Франция и Восточная Европа).

По словам докладчика, в то время далеко не все поддержали эти предложения, так как не видели путей их практической реализации. Методы решения появились только в начале 1990-х годов при помощи алгоритма компрессии MPEG-2, позволившего уменьшить скорость цифрового потока одной телевизионной программы до 4…6 Мбит/c, и высокоэффективных методов канальной модуляции с эффективностью передачи информации 2…8 бит на 1 Гц полосы частот радиоканала.

В результате проведенных исследований было предложено использовать в спутниковом цифровом телевидении DVB-S модуляцию QPSK, кабельном телевидении DVB-C модуляцию QAM, в наземном цифровом телевидении DVB-T модуляцию COFDM (в ATSC для наземного вещания используется канальная модуляция 8-VSB).

Эти технологии легли в основу разработанного в 1994…96 годах пакета стандартов, известных в Европе как DVB. Благодаря этому с 1996 года в мире начался переход к цифровому вещанию.

Однако техническая мысль не стоит на месте, поэтому в начале этого века был разработан гораздо более эффективный алгоритм компрессии MPEG-4 H.264/AVC, который позволял передавать в стандартной полосе частот цифрового наземного и кабельного телевидения не 6…8, а 10…12 цифровых ТВ-программ SDTV. Кроме того, новый алгоритм компрессии позволял передавать в стандартном канале сразу несколько программ HDTV. Наконец, появление нового поколения быстродействующих цифровых процессоров позволило создать доступные по цене микросхемы канальных декодеров турбокодов, обеспечивающих значительно лучшее использование информационной емкости телевизионных каналов по сравнению с традиционными QPSK, QAM и COFDM.

Сочетание всех этих факторов потребовало создания нового поколения стандартов DVB-2. Первый из этого пакета стандарт DVB-S2 вышел в свет два года назад и сейчас он широко используется в Европе для передачи программ телевидения высокой четкости HDTV. Ожидается, что в ближайшие год-два будут разработаны стандарты на наземное (DVB-T2) и кабельное (DVB-С2) цифровое вещание.

Далее  К. Н. Быструшкин подробно остановился на вопросах разработки стандартов мобильного телевидения. На сегодняшний день разработаны две принципиально несовместимые между собой технологии для мобильного телевещания: на основе пакетной передачи данных GPRS по сетям сотовой телефонии второго поколения (точнее, сетях 2,5 G) и потокового видео по каналам цифрового вещания ТВ (DVB-H) и радио (T-DMB). В первом случае прием телепрограмм осуществляется на сотовые телефоны с поддержкой функции GPRS, во втором — на мобильные телевизоры DVB-H, переносные компьютеры (ноутбуки и PDA) со встроенным приемным модулем DVB-H и специально модифицированные сотовые телефоны/мобильные телевизоры. Наибольших успехов развитие технологии DVB-H достигло в Великобритании и Италии, где летом этого года по сетям мобильного телевидения осуществлялись трансляции матчей чемпионата мира по футболу FIFA-2006. В России компания сотовой связи «Мегафон» уже почти 2 года предоставляет своим абонентам возможность принимать на мобильные телефоны восемь программ мобильного цифрового телевидения, а московская вещательная компания «Цифровое телевещание» (ЦТВ) с августа 2006 года осуществляет тестовые трансляции трех цифровых программ на 32 телеканале в формате DVB-H.

Однако, несмотря на эти относительные успехи, использование в цифровом телевещании для фиксированного приема и мобильных абонентов нескольких принципиально различных технологий наглядно свидетельствует о том, что наметился явный идеологический кризис в вопросе о путях дальнейшего развития цифрового вещания. Докладчик отметил, что этот вопрос обсуждался летом этого года в Санкт-Петербурге на юбилейном Х Конгрессе секции CE (Consumer Electronics) международного общества IEEE. На этом конгрессе ему вместе с профессором Кривошеевым удалось провести дискуссию с профессором У. Раймерсом, председателем Технического модуля консорциума DVB, то есть, фактически, научным руководителем разработки стандартов на цифровое телевидение. По словам Раймерса, вопрос о создании единого технологического базиса для мобильных и стационарных терминалов цифрового телевидения является сейчас ключевым для всего мирового инженерного сообщества.

После выступления профессора Кривошеева в Санкт-Петербурге задача гармонизации этих стандартов активно обсуждалась на Х конференции СЕ IEEE и для ее решения была организована рабочая группа под руководством профессора К. Гласмана (СПбГУКиТ, Санкт-Петербург). Ожидается, что уже в следующем году на очередной конференции IEEE в США будут сформулированы базовые требования к единой платформе для мобильных и стационарных терминалов.

Следующий доклад «Цифровое телевизионное вещание в Японии и новейшие технологии Pioneer» сделали представители японской компании Pioneer Corporation Кен Нагасава (директор исследовательского центра Pioneer в Лондоне) и Куичи Иситоя (ведущий разработчик систем мобильного телевидения).

Они информировали участников конференции о том, что Pioneer ведет интенсивные исследования в области наземного и спутникового цифрового телевидения, в том числе и мобильного. Докладчики осветили три главные темы:

• цифровое телевидение в Японии, этапы его развития;
• мобильное телевидение, в том числе автомобильный прием;
• технологии плазменных дисплеев PDP.

В рамках доклада было рассказано о нынешнем положении и перспективах цифрового ТВ в Японии, показателем развития которого является рост продаж ТВЧ-совместимых телевизоров — плазменных и ЖК.

Для мобильного ТВ компанией Pioneer разработана технология коррекции искажений приема цифрового телевизионного сигнала методом компенсации, которая позволяет существенно улучшить качество изображения при его приеме в движущихся объектах.

Завершила доклад информация о новейших технологиях плазменных панелей Pioneer, которые позволили изготовить первую в мире панель с разрешением Full HDTV (1920x1080).

После этого с докладом «Стратегия построения приемной сети DVB-T на переходном этапе от аналогового телевидения к цифровому» выступил К. Н. Быструшкин.

Он отметил, что в отличие от европейских стран, где переход на цифровое телевидение должен в основном завершиться в 2007…2009 годах, в России окончательный переход на «цифру» планируется в 2015 году. В условиях переходного периода востребованными будут гибридные решения.

Суть гибридной концепции состоит в том, что аппаратура для приема или передачи цифровых программ изготавливается универсальной, с возможностью работы как в аналоговом, так и в цифровом режиме. В ее развитие МНИТИ предложил гибридную концепцию построения аналого-цифровых телевизоров, которые создаются на основе серийновыпускаемых цветных телевизоров путем адаптации и встраивания в них цифрового модуля DVB.

В 2006 году МНИТИ была разработана концепция организации гибридной приемной сети коллективного приема эфирных программ DVB-T, в которой распределение цифровых программ будет осуществляться параллельно и в аналоговой, и в цифровой форме.

Директор сети распространения программ ВГТРК  В. И. Хлебников выступил с очень интересным докладом «Внедрение цифрового телевидения в России с точки зрения вещателей». Он сказал, что в необходимости внедрения цифрового телевидения у нас уже никого убеждать не надо. Однако, чтобы «процесс пошел», необходимо решение на уровне Правительства России. Первым шагом на этом пути стало принятие Председателем Правительства РФ Постановления о целесообразности принятия в России европейской системы DVB, второй шаг был сделан в мае этого года, когда была образована Правительственная комиссия по развитию телерадиовещания в России до 2015 года. Но сам по себе переход на «цифру» — это только инструмент, цель же проекта — решение всего комплекса проблем перехода телерадиовещания на новые технологии.

К сожалению, ни в состав самой Комиссии, ни в состав шести рабочих групп не вошли специалисты телевидения и представители вещательных компаний. В результате этого в комиссии совершенно не рассматриваются программа и концепция развития, а также социальные аспекты телерадиовещания. Кроме того, не рассматриваются роль и место телерадиовещания в будущем, когда произойдет слияние сетевых и вещательных технологий.

В чем же преимущества перехода к цифровому формату? Они в том, что это настоящий прорыв в технологиях телерадиовещания. «Мы даже не говорим об интерактивных сервисах и ТВЧ, которые практически невозможны в рамках аналоговых технологий, — сказал В. И. Хлебников. — Сегодня только 40% населения смотрит 4 телепрограммы и больше. Чтобы обеспечить хотя бы 10-программным аналоговым телевидением население всей страны, более чем в 6 тысячах телецентрах придется поставить соответствующее количество передатчиков. Какие же для этого нужны деньги! В „цифре“ эта проблема решается намного проще, дешевле и быстрее!» Но дело даже не в этом. Самым инерционным звеном в цепи телевещания является телезритель, точнее, парк аналоговых телевизоров. Отечественная промышленность способна производить цифровые передатчики. Но их нужно не очень много. Гораздо труднее решить задачу смены парка телевизоров у населения. Сегодня много пишут, что нужно купить и раздать населению 50 млн цифровых приставок. С точки зрения докладчика это нужно. По словам В. И. Хлебникова, ему очень понравилась идея МНИТИ организовать коллективный прием DVB-T в аналоговом формате по аналогии с внедрением ДМВ-вещания в СССР, когда эти программы предварительно преобразовывались в метровый диапазон волн и уже в таком виде распространялись населению. Сегодня 88% телезрителей получают телепрограммы по эфиру, 11,5 % — по кабельному ТВ и только 0,5% имеют возможность непосредственного спутникового приема. В свою очередь 65% телезрителей принимают эфирные программы через сети коллективного распределения, а 35% — на собственные антенны. Поэтому не нужно столько приставок. Способ, предложенный МНИТИ, решает проблему.

Докладчик отметил, что отставание Росси может сыграть ей на руку, поскольку она сможет, минуя MPEG-2, сразу перейти к MPEG-4. Проблема только в одном — приставки MPEG-4 пока очень дороги. Планируется, что бесплатные программы будут распространяться в формате MPEG-2, а платные программы — в MPEG-4.

По словам докладчика, ВГТРК заинтересовано, чтобы этот период был как можно короче. Кто же будет содержать сети цифрового телевидения, и какова здесь роль государства? Задач у государства три: разработка правовой базы, распределение и конверсия частот, непосредственное участие в цифровом проекте.

К примеру, в Мордовии ВГТРК содержит обе сети — аналоговую и цифровую, но до 1 января 2008 года.

За это время руководство Мордовии должно обеспечить не менее 95% населения возможностью приема цифровых программ. Кроме того, население бесплатно обеспечили еще и четырьмя цифровыми программами радиовещания. Это обошлось ВГТРК в сущие копейки, зато население теперь имеет возможность подключить к аудиовыходу цифровой приставки компьютерную активную колонку за 100 рублей и получить четыре стереопрограммы.

А теперь давайте считать: за те же деньги, что сегодня ВГТРК платит РТРС за распространение одной аналоговой телепрограммы, телезрителям в Мордовии будут доставляться целых три цифровых телепрограммы плюс четыре программы цифрового радио. Следовательно, даже при использовании MPEG-2 расходы уменьшаются более чем в 3 раза. Таким образом, на начальном этапе расходы на содержание двух параллельных сетей растут, а затем резко начнут падать.

Из сказанного ясно, что только государство может осилить затраты на начальном этапе внедрения цифрового вещания, частные компании на это не пойдут. При этом государство создаст клиентскую базу DVB, а потом в цифровое телевидение придут частные компании.

По словам В. И. Хлебникова, утверждение, что с 2015 года все аналоговые передатчики в России должны быть отключены, не совсем верно. Просто с этого времени вещание аналоговых передатчиков не будет защищено от помех. В случае их появления со стороны цифровых передатчиков МСЭ не будет обеспечивать их защиту.

Другая важнейшая проблема — это лицензирование. Существующая сейчас система лицензирования должна быть коренным образом преобразована. Также обсуждается вопрос о «едином операторе», идею которого лоббирует РТРС. В условиях свободного рынка это вредная идея, которая отбросит нас назад на многие годы. Единое информационное поле — это единые правила игры, единая программная политика по всей территории страны, единые нормативные акты.

Нельзя не отметить выступление начальника Управления радиоэлектронной промышленности и систем управления Роспрома РФ Ю.И. Борисова. Он сказал, что внедрение цифрового телевидения дает уникальный шанс отечественной промышленности организовать массовое производство высокотехнологичной приемной аппаратуры DVB. При этом ставится задача широкого использования СБИС отечественного производства, изготовление которых предполагается на заводах «Микрон» и «Ангстрем» (г. Зеленоград). В их технологическое переоснащение сейчас вкладываются огромные средства. Это позволит уже в 2008 году серийно выпускать цифровые СБИС с топологическими нормами 0,13 мкм. Однако заводы по производству микросхем нужно загружать, иначе им не выйти на должный технологический уровень. Среди главных приоритетов в освоении массовых СБИС руководство Роспрома РФ видит ЭКБ для цифрового телевидения.

Теперь дело за разработчиками отечественной ЭКБ и российскими изготовителями цифровых приемников. Ю. И. Борисов отметил, что НТЦ «Модуль» уже в ближайшее время начнет разработку универсальных декодеров MPEG-2/MPEG-4, производство которых может начаться уже в третьем квартале 2008 года (о планах создания этой СБИС было подробно рассказано в докладе П. А. Шевченко «Система на кристалле декодирования и обработки аудио- и видеоинформации по стандартам MPEG-2/MPEG-4 для цифрового телевизионного приемника»). Он призвал разработчиков и изготовителей цифровых приемников активно подключиться к этому проекту.

В заключение работы конференции ее участники приняли резолюцию, обобщившую все, что обсуждалось в течение двух дней. В частности, отмечалось, что очень важна организация в России производства вещательного и абонентского оборудования для цифрового телевидения, а также необходимость интенсификации проектно-конструкторских, исследовательских и испытательных работ и развитие современной отечественной элементной базы.

Также отмечалось, что государство должно стимулировать создание отечественных образцов оборудования. Кроме того, крайне важно включить в состав рабочих групп Правительственной комиссии по развитию телерадиовещания специалистов от промышленности, вещательных компаний и ведущих операторов в области телерадиовещания.

Участники отметили и необходимость совершенствования таможенного законодательства. Нужно установить льготные таможенные пошлины на ввоз комплектующих изделий для производства аппаратуры цифрового телевидения, чем стимулировать производство в РФ этого оборудования. Есть и ряд других неотложных мер, способствующих переходу России на цифру, причем с использованием собственных ресурсов.

В целом, конференция прошла конструктивно и показала, что у отечественной науки и промышленности есть высокий потенциал, способный помочь стране перейти на цифровое телевизионное и радиовещание.