Классификация сетей цифрового телевизионного вещания

Классификация сетей цифрового телевизионного вещания

Федеральное агентство связи

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

Реферат

по дисциплине «Цифровое вещание»

Классификация сетей цифрового телевизионного вещания

Новосибирск, 2014

Оглавление

Введение

. Направления развития цифрового телевидения

. Сети цифрового телевизионного вещания

.1 Наземные СЦТВ

.2 Спутниковые СЦТВ

.3 Системы кабельного телевидения

.4 СЦТВ с микроволновым распределением

.5 IP-телевизионное вещание

.6 Мобильное телевизионное вещание

Заключение

Использованная литература

Список сокращений

Введение

связь телевидение цифровой мобильный

В эпоху перехода к построению информационного общества телерадиовещание стало важнейшим средством массовой информации, влияющим на духовное развитие общества, экономический рост, социальную стабильность и становление институтов гражданского общества.

Многие страны во всем мире уже в полном объеме осуществляют переход от аналогового телевидения на цифровое. Цифровое телевидение позволяет получить изображение и звук более высокого качества, а также предоставляет больший выбор каналов и программ. Радиовещательные компании могут предлагать одновременно несколько программ, используя объем спектра, необходимый только для одного аналогового канала. Более того, переход на цифровые технологии приводит к уменьшению выбросов парникового газа благодаря значительному - почти десятикратному - снижению потребления энергии радиовещательными передатчиками. Число передатчиков также может быть уменьшено, поскольку в одном частотном канале будет передаваться несколько программ.

В течение десятилетий спектр в полосах очень высоких частот (ОВЧ) и ультравысоких частот (УВЧ) на глобальном уровне был распределен для вещания аналогового телевидения. Однако поскольку цифровое телевидение использует спектр радиочастот намного более эффективно, то для других видов использования освобождается больший объем спектра. Это назвали «цифровым дивидендом», он позволит правительствам предоставить своему населению преимущества, полученные за счет изменения использования этих освобождающихся радиочастот. Страны и регионы применяют различные подходы, для того чтобы воспользоваться этой возможностью [1].

В Государственной программе «Информационное общество (2011-2020 годы)», определена задача создания технологической возможности для развития телерадиовещания на долгосрочную перспективу. Перечень мер для ее реализации включает формирование современной инфраструктуры связи и телекоммуникаций, поддержку развития электронных средств массовой коммуникации, разработку методологических, правовых и организационных основ деятельности общественного телерадиовещания в Российской Федерации.

Специфическими блоками вопросов, требующими своего решения в долгосрочной перспективе (до 2025 г.) можно назвать:

·              методы и алгоритмы обработки контента, в первую очередь алгоритмы сжатия информации;

·              технические требования к системам цифрового ТВ-вещания для различных сред передачи, включая вопросы выделения спектра;

·              конвергентные системы и способы доставки ТВ-контента, в основе которых лежит объединение традиционных систем цифрового ТВ-вещания с системами подвижной сотовой связи и системами передачи данных по сети Интернет;

·              развитие перспективных видов телевещания, включая телевидение высокой и ультравысокой четкости, трехмерное телевидение, мобильное телевидение, телевидение с элементами интерактивности;

·              обеспечение потребностей доставки телерадиоканалов методами спутникового непосредственного ТВ-вещания и кабельного телевидения;

·              развитие перспективных ТВ-технологий, включая видеоинформационные системы (ВИС), нелинейные и файловые методы ТВ-вещания, системы широкополосного доступа (ШПД), всемирный вещательный роуминг (ВВР).

Для достижения этих целей необходимо решить следующие задачи:

·              определение технической политики телерадиовещания на долгосрочную перспективу;

·              совершенствование нормативной правовой базы отрасли телерадиовещания;

·              повышение эффективности использования полос радиочастот аналогового ТВ и радиовещания на основе цифровых технологий и стандартов;

·              определение этапов и сроков перехода на перспективные ТВ-технологии [2].

1. Направления развития цифрового телевидения

Внедрение цифрового ТВ-вещания на новом этапе развития должно базироваться на обеспечении многопрограммности в стандартных радиоканалах с ориентацией на стандарт DVB-Т2, внедрение интерактивных мультимедийных услуг, развитие вещания в IP-сетях и сети Интернет.

Новая модель ТВ-вещания предусматривает широкое внедрение цифрового телевидения в форматах высокой (ТВЧ) и сверхвысокой (ТСВЧ) четкости. При этом переход на ТВЧ и ТСВЧ должен сопровождаться развитием и внедрением систем трехмерного (3D) ТВ-вещания, а также телевизионных многофункциональных 2D/3D ВИС различного назначения [1].

Телевидение высокой четкости - цифровая технология, представляющая собой набор стандартов ТВ-вещания высокого качества с пространственным разрешением 1920х1080 пикселей. Проникновению ТВЧ помогает ряд факторов: быстрый рост парка телевизоров, способных принимать сигналы ТВЧ, проникновение систем проводного и беспроводного ШПД с планируемой скоростью доставки данных до каждого абонента до 100 Мбит/с, наращивание темпов создания каналов ТВЧ с соответствующим увеличением их числа в сетке вещания операторов спутниковых и кабельных систем ТВ-вещания, а также престижность данного сервиса.

Телевидение сверхвысокой четкости. 24 мая 2012 г. Международный союз электросвязи (МСЭ) анонсировал новую рекомендацию, отражающую существенный прогресс в ТВ-вещании. Было объявлено о разработке и испытаниях нового ТВ-семейства - телевидения сверхвысокой (ультравысокой) четкости.

ТСВЧ состоит из двух форматов:

·              4К - 3840 Ч 2160 пикселей;

·              8К - 7680 Ч 4320 пикселей.

В принципе в радиоканале шириной 8 МГц, в котором в настоящее время передается один аналоговый ТВ-канал, можно передавать с использованием системы DVB-T2 (в варианте, принятом для России) цифровой поток со скоростью 33,2 Мбит/с. При этом для передачи разных ТВ-программ требуются следующие цифровые потоки (таблица 1):

Таблица 1

(Данные приведены для существующего уровня сжатия с помощью алгоритмов H.264/AVC; в дальнейшем, по мере совершенствования алгоритмов сжатия, таких как H.265/HEVC (High Efficiency Video Coding), эти требования будут снижены.)

В перспективе, с учетом развития технологий сжатия изображения, в составе мультиплексированного потока DVB-T2 можно будет передавать до двух программ ТСВЧ (4К) - в сравнении с одной программой в аналоговом канале.

Форматы ТСВЧ наибольшее развитие получат в таких областях, как телевизионные многофункциональные ВИС для массового интерактивного обслуживания в населенных пунктах, кинотеатрах, концертных залах, на стадионах и т.д. Они также могут использоваться в компьютерной графике, полиграфии, телемедицине и других профессиональных целях. Широкое внедрение стандарта ТСВЧ в практику вещательного телевидения предполагается после 2025 г.

Трехмерное телевидение. Многофункциональные трехмерные (3D) ТВ-системы станут важными приложениями цифрового ТВ-вещания в будущем и по праву могут считаться одним из ключевых направлений развития цифрового телевидения.

Системы трехмерного вещания, как предполагается, будут развиваться поэтапно:

·              I поколение: очковые и безочковые системы;

·              II поколение: многоракурсные системы;

·              III поколение: голографические и другие системы с виртуальными изображениями.

Ожидается, что технические характеристики 3D-дисплеев должны постоянно улучшаться, вызывая, в свою очередь, увеличение спроса на трехмерное ТВ-вещание.

Видеоинформационные системы обеспечивают мультимедийное вещание с использованием экранов различных размеров, установленных в многолюдных местах, как на открытом пространстве (площади, стадионы и т. п.), так и в киноконцертных залах. Основой ВИС могут стать отечественные разработки и массовое производство. ВИС высокого разрешения позволят создавать ситуационные центры, решающие такие задачи, как распознавание угроз, принятие решений и контроль их выполнения для руководства страны и регионов, силовых структур. ВИС гарантируют объемность воспроизводимых изображений на больших экранах, интерактивность и звуковое сопровождение на нескольких языках при использовании мобильных телефонов.

2. Сети цифрового телевизионного вещания

По способу доставки информации и размерам охватываемой территории современные мультисервисные сети цифрового телевизионного вещания (СЦТВ) можно разделить на семь основных групп (рисунок 1.1):

спутниковые;

кабельные;

гибридные (прием распределяемых телевизионных сигналов осуществляется с помощью телекоммуникационного спутника, а доведение до абонентов - по кабельной сети);

с микроволновым распределением;

Video over IP, т.е. технология передачи по Интернет-протоколу;

мобильного вещания [3].

.1 Наземные СЦТВ

Наземные СЦТВ строятся на основе наземной телевизионной передающей сети. Сигналы телевизионных программ передаются абонентам (телезрителям) в основном с помощью программных телецентров, работающих с радиотелевизионными передающими станциями (РТПС). Телецентры представляют собой комплексы радиотехнической аппаратуры, помещений и служб, необходимых для создания телевизионных программ. Кроме того, в состав передающей сети входит большое количество телевизионных ретрансляторов, оборудованных как мощными радиопередатчиками (мощность свыше 1 кВт), так и радиопередатчиками малой мощности (до 1 кВт).

Основным назначением телевизионных ретрансляторов является обеспечение более равномерного покрытия густонаселенной территории в отдельных регионах страны телевизионным вещанием. Телевизионные ретрансляторы требуются, как правило, в двух случаях: во-первых, вне зоны уверенного приема основной мощности РТПС и, во-вторых, внутри зоны в местах, в которых по географическим причинам сигнал основной станции ослаблен и не обеспечивает удовлетворительного качества приема [3].

Рисунок 1.1 - Функциональная схема классификации мультисервисных сетей цифрового телевизионного вещания

.2 Спутниковые СЦТВ

Спутниковые СЦТВ состоят из искусственных спутников Земли (ИСЗ) и наземного оборудования двух типов:

ИСЗ непосредственного телевизионного вещания (НТВ), работающие в диапазоне частот 12 ГГц, относящихся, согласно классификации Регламента радиосвязи относятся к радиовещательной спутниковой службе (РСС) (английское название Broadcasting Satellite Service - BSS) и рассчитанные на прием телевизионных сигналов непосредственно на простые индивидуальные или коллективные приемные установки с малой антенной, рассчитанные на небольшое число абонентов. В дальнейшем в связи со снижением требований к мощности ретрансляторов, установленных на спутниках, спутниковые системы стали подразделяются на так называемые системы прямого спутникового вещания DTH (Direct-To-Home), либо на систему первичного распределения телевизионных сигналов PD (Primary Distribution). В результате чего на смену термину «НТВ» пришло более широкое понятие «непосредственный прием», т.е. DTH, не связанное с конкретными службами и диапазонами частот;

ИСЗ малой и средней мощности в диапазоне частот 11 ГГц, относящихся к фиксированной спутниковой службе (ФСС) (английское название Fixed Satellite Service - FSS), обеспечивающие прием телевизионных сигналов на головные станции кабельных систем, рассчитанных на большое количество абонентов (сотни, тысячи), или эфирные ретрансляторы для последующего распределения абонентам, а в последние годы на приемные антенны типа SMATV (Satellite Master Antenna TV - антенна спутникового телевидения коллективного пользования).

Одной из особенностей применения ИСЗ является ограниченность энергетического потенциала спутникового ретранслятора, поэтому в спутниковом вещании традиционно используются методы обработки, требующие минимального отношения сигнал-шум на входе демодулятора в обмен, например, на полосу частот сигнала.

Еще одна специфическая особенность спутникового вещательного ретранслятора - работа в нелинейном режиме вблизи точки насыщения выходного усилительного прибора (лампы бегущей волны или транзисторного усилителя), так как именно в этом режиме удается получить максимальную выходную мощность и до предела снизить диаметр приемных параболических антенн.

В настоящее время программы телевизионного вещания составляют более 70% трафика спутниковых систем в мире, а в отдельных случаях достигают 100%. К наиболее крупным коммерческим международным системам спутникового вещания относится Intelsat, Eutelsat, Intersputnik, Arabsat, Asiasat, «Экспресс», «Ямал», «НТВ-Плюс» и другие [3].

2.3 Системы кабельного телевидения

Системами кабельного телевидения (СКТВ) называются системы приема и распределения значительного числа сигналов высококачественных телевизионных программ большому числу абонентов по кабельным линиям связи.

К основным достоинствам СКТВ следует отнести:

·          возможность предоставления интерактивных (двусторонних) каналов;

·          доведение до абонентов практически неограниченного числа телевизионных программ в цифровом стандарте;

·          реализация многих новых информационных услуг (доступ в Интернет, организация видеоконференцсвязи и др.).

В СКТВ, как и в эфирном вещании, для передачи сигналов к абонентам используется диапазон метровых и дециметровых волн с полосой частот от 47 до 862 МГц.

Функциональная схема типовой интерактивной СКТВ представлена на рисунке 1.2.

Основу любой кабельной сети представляет головное оборудование, т.е. ГС, в состав которого входят кабельные модемы головной станции (Cable Modem Termination System - CMTS). CMTS, с одной стороны, (по низкой частоте) соединяются с провайдерами услуг, а также с разными источниками телевизионных программ (с приемниками эфирных, спутниковых и радиорелейных распределительных систем; с местными телестудиями). С другой стороны, (по высокой частоте) головные кабельные модемы непосредственно подключаются к гибридной оптико-коаксиальной сети

Рисунок 1.2 - Функциональная схема интерактивной СКТВ

(Hybrid Fibre Coaxial - HFC). У абонента (или группы абонентов) необходима установка абонентских кабельных модемов.

Известны четыре основные топологические структуры реализации СКТВ: древовидная, радиальная (типа «звезда»), кольцевая и гибридная, например, радиально-кольцевая.

На современном этапе развития кабельной инфраструктуры наиболее экономически эффективным вариантом построения СКТВ, обеспечивающих абонентский доступ с многофункциональными задачами, является структура с одновременным использованием волоконно-оптических и коаксиальных кабелей [4].

.3 СЦТВ с микроволновым распределением

В СЦТВ с микроволновым распределением представлено различными вариантами радиосистем широкополосного доступа СВЧ-типа с низким уровнем излучения электромагнитных волн, которые соответственно имеют следующие названия:

MMDS (Multichannel Microwave Distribution System) - многоканальная микроволновая система распределения;

LMDS (Local Multipoint Distribution System) - локальная многоточечная микроволновая система распределения;

MWS (Multimedia Wireless System) - мультимедийная беспроводная система доступа (прежнее название MVDS - Multipoint Video Distribution System, т.е. многоточечная система распределения видео).

Системы MMDS работают в диапазоне частот 2,5…2,7 ГГц, имеют радиус действия до 60 км, и очень часто рассматриваются в качестве эфирной альтернативы распределительным сетям систем кабельного телевидения.

Для систем LMDS отведен диапазон частот 27,5…29,5 ГГц, а для MWS - 40,5…43,5 ГГц. Радиус действия таких систем достигает 3…6 км. С учетом принципа покрытия территории страны телевизионным вещанием системы LMDS и MWS очень часто называются сотовыми системами телевидения (система Cellular Vision). [4].

С внедрением цифровых методов передачи и организацией обратных каналов в системах MMDS, LMDS и MWS появилась возможность предоставления полного набора телекоммуникационных услуг широкополосного радиодоступа абонентам.

.4 IP- телевизионное вещание

телевизионное вещание (Webcasting), относящиеся к СЦТВ типа Video over IP - новый альтернативный способ распространения телевизионных и звуковых сигналов получает сегодня все более широкое распространение. В значительной мере можно сказать, что ряд экономически развитых стран переживают настоящий бум Web-вещания. Во многом это объясняется высоким качеством линий связи, развитой инфраструктурой и хорошим уровнем подготовки пользователей.

Существуют два принципа потоковой передачи аудио и видео в сети Интернет - Unicast (одноадресная передача данных) и Multicast (многоадресная передача данных).

В режиме Unicast вещательный сервер генерирует для каждого клиента отдельный поток аудио- и видеоданных, а ПК пользователя периодически отсылает на сервер подтверждение о доставке пакетов данных.

В режиме Multicast (передача от одной точки на многие точки) сервер генерирует один поток данных, к которому могут подключаться по сети различные группы (локальные сети) клиентов. В данном случае мощность сервера и занимаемая полоса пропускания канала не зависят от количества клиентов.

.5 Мобильное телевизионное вещание

Мобильное телевизионное вещание (видео или Mediacasting), т.е. передача видеосигнала на мобильные телефоны GSM/GPRS (Global System Mobile/General Packet Radio Service - система глобальной мобильной связи с услугой пакетной передачи данных по радиоканалу со скоростью до 171,2 кбит/с), UMTS (Universal Mobile Telecommunications Standard - стандарт третьего поколения для устройств беспроводной связи) - типа КПК (карманные персональные компьютеры) и другие компактные нестационарные приемные терминалы. Современный мобильный телефон превращается в персональный коммуникатор, обеспечивая абоненту широкий спектр услуг и практически неограниченный доступ к информационным ресурсам мирового сообщества в любое время из любой точки земного шара. Прием телевизионных сигналов на мобильные устройства (парциальный прием), в принципе, позволяет осуществлять система наземного цифрового телевизионного вещания DVB-T. Однако первый опыт работы данной системы показал, что для мобильных приложений требуются специальные способы вещания. В первую очередь, необходим стандарт, позволяющий экономнее расходовать заряд аккумуляторов мобильных приемников. Так возникли стандарты Digital Video Broadcasting-Handheld, т.е. DVB-H (мобильное видеовещание по наземной цифровой сети), в разработке которого активное участие принимала фирма Nokia, и Satellite Digital Multimedia Broadcasting, т.е. S-DMB (спутниковое мобильное вещание), созданный в Республике Корея на основе европейской системы цифрового звукового вещания DAB (Digital Audio Broadcasting). При реализации режима интерактивности в мобильном телевидении в качестве обратного канала предполагается использование GSM или UMTS-сетей [3].

Заключение

Мир не стоит на месте. Развитые страны завершают переход на цифровые технологии телевизионного вещания. Такой подход позволяет значительно повысить качество оказываемых услуг телевизионного вещания и увеличить количество принимаемых населением телевизионных программ в рамках имеющегося частотного ресурса. Развитие цифрового телевизионного вещания идет по пути естественной конвергенции с другими информационными и телекоммуникационными технологиями. Переход на цифровое телевизионное вещание обеспечивает прием телевизионных программ в движущемся транспорте, а также на мобильные устройства. Это открывает новое направление в телевидении, которое близко примыкает и фактически сливается с мобильной связью третьего и последующих поколений.

Развитие цифрового телевизионного вещания позволит резко увеличить число доступных программ, устранить диспропорции в охвате населения многопрограммным ТВ вещанием, обеспечить гарантированный равноправный доступ всего населения страны к информационным ресурсам, повысить качество изображения и звукового сопровождения телепрограмм.

Внедрение системы цифрового телевизионного вещания связано с необходимостью более полного удовлетворения населения информационными ресурсами посредством реформирования сети ТВ вещания в современную устойчиво функционирующую и обладающую потенциалом саморазвития в рыночных условиях отрасль экономики.

Цифровое телевизионное вещание также обеспечит более эффективное использование радиочастотного ресурса, увеличение числа транслируемых в эфире программ, введение интерактивного вещания, оказание дополнительных услуг населению.

Использованная литература

1. Бутенко В.В. Основные направления развития цифрового ТВ-вещания в России // Электросвязь, 2013. - № 11. - С. 19-23.

. Государственная программа «Информационное общество (2011-2020 годы)», утвержденна Распоряжением Правительства РФ от 20 октября 2010 г. № 1815-р.

. Мамчев Г.В. Сети цифрового телевизионного вещания: Монография. - Новосибирск: СибГУТИ. - 2006. - 250 стр.

. Мамаев Н.С., Мамаев Ю.Н., Теряев Б.Г. Цифровое телевидение / Под ред. Н.С. Мамаева. - М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 180 с.

Список сокращений

ОВЧ - очень высокие частоты;

УВЧ - ультравысокие частоты;

ШПД - широкополосный доступ;

ВВР - всемирный вещательный роуминг;

ВИС - видеоинформационные системы;

МСЭ - Международный союз электросвязи;

ТВЧ - телевидение высокой четкости;

ТСВЧ - телевидение сверхвысокой (ультравысокой) четкости;T2 - (DVB - Terrestrial) - второе поколение стандарта передачи цифровых сигналов по сетям эфирного телевидения (наземное телевизионное вещание);

DVB-H (Digital Video Broadcasting-Handheld) - мобильное видеовещание по наземной цифровой сети;

СЦТВ - сети цифрового телевизионного вещания;

РТПС - радиотелевизионными передающими станциями;

ИСЗ - искусственные спутники Земли;

НТВ - непосредственного телевизионного вещания;

DTH (Direct-To-Home) - система прямого спутникового вещания;

PD (Primary Distribution) - система первичного распределения телевизионных сигналов;

РСС - радиовещательная спутниковая служба;

ФСС - фиксированная спутниковая служба;

SMATV - антенна спутникового телевидения коллективного пользования;(Multichannel Microwave Distribution System) - многоканальная микроволновая система распределения;(Local Multipoint Distribution System) - локальная многоточечная микроволновая система распределения;(Multimedia Wireless System) - мультимедийная беспроводная система доступа;

MVDS - (Multipoint Video Distribution System) - многоточечная система распределения видео;

GSM/GPRS (Global System Mobile/General Packet Radio Service - система глобальной мобильной связи с услугой пакетной передачи данных по радиоканалу со скоростью до 171,2 кбит/с);

UMTS (Universal Mobile Telecommunications Standard - стандарт третьего поколения для устройств беспроводной связи);

Unicast - одноадресная передача данных;

Multicast - многоадресная передача данных;

CMTS (Cable Modem Termination System) - кабельные модемы головной станции;

HFC (Hybrid Fibre Coaxial) - гибридная оптико-коаксиальной сеть.