NICAM-728: результаты эксперимента

В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

NICAM-728: результаты эксперимента

Первые попытки реализовать в России ТВ-вещание с использованием цифровой системы стереозвукового сопровождения NICAM-728 (Near-Instantaneously Companded Audio Multiplex, то есть близкий к мгновенному компандированию звуковой канал) были предприняты рядом телекомпаний, включая ЗАО "Энергия ТВ" (телеканал "MTV Россия"), более двух лет тому назад

В ряде стран система NICAM успешно использовалась на основании принятого в 1998 г. ETSI (European Telecommunication Standards Institute - Европейский институт стандартов по телекоммуникациям) стандарта EN 300 163 v.1.2.1 (1998-03) "Телевизионные системы NICAM-728: передача двухканального цифрового звукового сигнала с помощью наземных телевизионных систем В, G, Н, I, K1, и L". Как указано в этом документе, возможность применения стандарта к телевизионным системам D и К находится в стадии изучения.

Технические возможности стандарта позволяют транслировать цифровой звуковой сигнал с помощью наземных телевизионных систем и с использованием одного канала стерео или двух каналов моно. В обоих случаях возможна передача дополнительных данных с незначительной скоростью (11 кбит/с).

В соответствии с указанным стандартом поток передаваемых последовательных данных делится на 728-битовые кадры, которые передаются друг за другом без пауз. На передачу одного кадра уходит 1 мс. Следовательно, общая скорость передачи составляет 728 кбит/с, а именно:

8-битовое слово для настройки (синхронизации) цикла (FAW);
5-битовая информация управления(С0-С4);
11 битов дополнительных данных(AD0-AD10);
704 звуковых, проверочных битов или битов данных.

Структура 728-битового стереозвукового кадра (до его уплотнения) показана на рис. 1.

Полоса частот кодирования сигналов и формат цифрового кадра идентичны для всех телевизионных систем, на которые распространяется разработанный стандарт.

Основные отличия касаются частот цифровых несущих, относительных уровней видео, звуковой аналоговой и цифровой несущей, формы спектра,а также характеристик дополнительно устанавливаемых фильтров.

Частотные полосы телевизионных систем, занимаемые цифровым звуковым сигналом с учетом первичных звуковых составляющих (аналог FM или AM) передающего сигнала показаны на рис. 2.

Следует отметить, что длительное время возможность применения в России системы NICAM-728 для стандарта D/K SECAM не удавалось получить соответствующих разрешении на проведение эксперимента на реальном оборудовании эфирного вещания.

Основными аргументами против ее внедрения были следующие:

возможность применения стандарта NICAM-728 к телевизионным системам D/K находится в стадии изучения; разрабатываются рекомендации по принятию для России более совершенного варианта;
цифровая система NICAM-728 разрабатывалась в начале 1980-х годов, в основном для применения в системе цветного телевидения (ЦТ) PAL, и современным требованиям к высококачественному звуку не удовлетворяет;
цифровая система NICAM-728 не совместима с системой ЦТ SECAM, имеющей полосу частот сигнала изображения 6 МГц, сокращение которой заметно снизит яркостную и цветовую четкость изображения;
наличие цифровой несущей системы NICAM-728 (сдвиг 5,85 МГц относительно несущей изображения) в полосе пропускания радиотракта видеоканала телевизоров SECAM может привести к появлению на ТВ изображении муаровых (в виде сетки) помех;
в мире интенсивно проводятся работы по усовершенствованию методов цифрового сжатия аудиосигналов, что привело к разработке цифровой системы MUSICAM, которая по эффективности сжатия потока звукоданных примерно в 2,8 раза превосходит систему NICAM-728;
применение стандарта кодирования ISO/IEC 13818-3 (раздел кодирования звука стандарта MPEG-2) позволяет передавать стереофонический звуковой сигнал вещательного качества в цифровом потоке 256 кбит/с, то есть при скорости цифрового потока почти в 3 раза меньшей, чем в системе NICAM-728.

Перечисленные аргументы можно считать вполне убедительными, если не принимать во внимание следующие важные факторы:

наличие встроенной цифровой системы NICAM-728 во многих телевизионных приемниках у потребителей и на рынке бытовой аппаратуры;
наличие разработанного и испытанного оборудования цифровой системы NICAM-728 во многих странах мира, включая Францию, где, как и в России, применяется система ЦТ SECAM;
принятие в 1998 г. Европейского стандарта на телевизионные системы NICAM-728;
отсутствие определенности в сроках разработки и особенно внедрения для России более совершенного стандарта;
при разработке собственной системы возникает необходимость создания также и собственной приемной сети;
возможность временного использования цифровой системы NICAM-728 до перехода к более качественному эфирному цифровому телевизионному вещанию;
проведение всех работ по приобретению, установке и испытанию возможности применения стандарта NICAM-728 к те левизионным системам D/K SECAM за счет телекомпаний.

Приняв во внимание перечисленные аргументы и факторы, руководство Минсвязи России в 2003 г. поддержало наше предложение о проведении испытаний для определения возможности применения стандарта NICAM-728 к телевизионным системам D/K SECAM. Проведение эксперимента на 38 ТВК в Москве (решение от 25.07.2003 № БА-П4-5370), наряду с 1 ТВК, было признано необходимым для получения данных о работе системы NICAM-728 в дециметровом диапазоне.

Оценивая все за и против системы NICAM-728, следует особо отметить, что до завершения испытаний на 38-м ТВК не был получен ответ на вопрос о возможном снижении яр костной и цветовой четкости изображения при уменьшении ширины полосы сигнала изображения с 6 МГц до 5,1 МГц. Вопрос о большой вероятности указанного мешающего воздействия был поставлен на совещании в Минсвязи России в феврале 2004 г. при обсуждении результатов испытаний на 1 ТВК.

С получением решения Минсвязи России телекомпания "MTV Россия" не сразу приступила к эксперименту, так как по действующему законодательству требовалось получение соответствующих разрешений Главного радиочастотного центра и Госсвязьнадзора России. Такие разрешения были получены к декабрю 2003 г.

Для проведения эксперимента на действующем оборудовании эфирного ТВ-вещания в Москве на 38-м ТВ-канале (передатчик типа NT 425 D1 установлен на Московском региональном центре - филиале ФГУП "РТРС") была осуществлена прокладка дополнительных линий, а также установлено соответствующее оборудование.

Задача экспериментального стереозвукового сопровождения упрощалась тем, что сигнал со стереозвуком уже несколько лет формируется в студии телекомпании "MTV Россия" и подается на спутниковый сегмент.

Установка оборудования проводилась на основании утвержденного технического решения по подключению кодера NICAM-728 в тракт передатчика 38 ТВК.

Кодер NICAM-728 (NC200A) расположен на свободном месте в шкафу возбудителя и включен между гнездом Х12 (output Lineri-ti Precorektor), с уровнем ПЧ (f=38,9 МГц) -7 дБм, и гнездом XI3 (input Mixer), расположенными на передней панели блока GF 901 возбудителя. Структурная схема включения кодера NICAM в тракт передатчика NT 425 D1 представлена на рис. 3.

Для обеспечения номинального уровня по каналам L и R на НЧ-входах кодера могут быть установлены усилители-распределители (например DS-214AS).

При проведении испытаний использовались фильтры нижних частот типа FF0500PB - 9-полюсные эллиптические фильтры с трехзвенным корректором групповой задержки. Фильтры видеосигнала 5,1 МГц с характеристиками, указанными в табл. 1, были установлены на входе сигнала видео.

Измерения проводились при уровне поднесущей NICAM-728 в радиоспектре, равном -25 дБ относительно несущей изображения, и уровне несущей звука (моно) -10 дБ относительно несущей изображения, а также при установленном на входе сигнала изображения фильтра 5,1 МГц.

Качественные показатели передатчика РТПС NT425D 38 ТВК в режиме NICAM-728 приведены в табл. 2 (отклонение амплитудно-частотной характеристики, дБ) и табл. 3 (сводная таблица параметров).

Экспериментальное вещание проводится с 9 января с.г.

Испытания качества телевизионного вещания с использованием системы стереофонического сопровождения NICAM-728 проводились ФГУП "НИИР", ЗАО "МНИТИ" и ОАО "ВНИИТР" на основании заключенных с ЗАО "Энергия ТВ" договоров и утвержденных технических заданий.

Главными целями и задачами проводимой работы были следующие:

определение условий совместимости с существующим парком ТВ-приемников, оценка влияния введения сигнала NICAM-728 на качество изображенияи монозвукового сопровождения на телевизорах различных типов;
определение ЭМС в дециметровом диапазоне, экспериментальные исследования условий приема и влияния сигналов NICAM-728 на работу сетей кабельного телевидения;
определение зоны обслуживания стереозвучанием ТВ-программы 38 ТВК при оптимальном уровне поднесущей NICAM-728;
определение оптимального уровня поднесущей NICAM-728 относительно уровня несущей изображения.

В статье приводятся лишь некоторые основные выводы, полученные в ходе выполнения указанной научно-исследовательской работы:

Результаты субъективных оценок при проверке совместимости телевизоров различных поколений к сигналу цифрового стереозвука NICAM-728 показали, что при уровнях несущей NICAM-728 относительно несущей изображения -27 дБ помеха на изображении практически незаметна (субъективная оценка 4 балла). Включение в тракт видеосигнала фильтра НЧ позволяет дополнительно уменьшить влияние помех от несущей NICAM-728 на изображение не менее чем на 2 дБ.
Отсутствует влияние цифрового стереозвука NICAM-728 на аналоговый звук на выходе телевизоров. Качество передачи аналогового сигнала звукового сопровождения не зависит от соотношения и величин уровней аналоговых и цифровой несущих в пределах возможных их изменений.
Зона уверенного приема стереозвукового сигнала NICAM-728 неуменьшается в сравнении с зоной обслуживания при монофоническом сопровождении.

Данное заключение было сформулировано на основании относительно большого объема экспериментального материала (81 место приема) с использованием простой приемной антенны. Была получена усредненная величина порогового (критического) уровня напряжения стереосигнала (U_NICAMкр = 16 дБ/мкВ) - минимального напряжения на входе ТВ-приемника, при котором еще возможно воспроизведение им стереозвука.

Измерения проводились для приемной антенны с высотой подвеса h₂ = 10 ми коэффициента усиления g = 16 дБ и "защиты" от временных флуктуации по уровню Ае = 10 дБ.

Даже в условиях порогового приема сигналов цветности наличие или отсутствие в составе видеотракта передатчика ФНЧ 5,1 МГц совместно с передачей сигнала NICAM-728 практически не ведет к изменению качества приема цветного сигнала.
Практически отсутствуют переходные помехи на изображении от поднесущей NICAM-728 как при эфирном приеме, так и при приеме по кабельным сетям при превышении уровнем несущей NICAM-728 порога -27 дБ относительно пикового уровня несущей изображения.
Порог надежного срабатывания декодеров NICAM-728, встроенных в телевизоры, находится в диапазоне относительных уровней от -42 до -51 дБ, что при эфирном вещании обеспечивает зону уверенного приема с радиусом около 80 км. Таким образом, помехоустойчивость цифрового канала достаточно высока, и имеется необходимый эксплуатационный запас по шумам, что обеспечивает надежный прием передаваемых сигналов в Москве и большей части Московской области.
Анализ результатов испытаний показал, что параметры излучаемых сигналов достаточно полно соответствуют рекомендациям МСЭ-Р BT.470-6, BS.707-4,а также стандарту ETSI EN 300 163.
При использовании в тракте видеосигнала фильтра НЧ с частотой среза 5,1МГц безопасным уровнем несущей NICAM-728 с точки зрения создаваемых ею помех на изображении можно считать относительный уровень -25 дБ.
Полученные в ходе проведения работы результаты экспериментальных исследований могут быть использованы при подготовке норм на вещание в связи с внедрением цифрового стереозвука NICAM-728 в отечественную систему цветного телевидения D/K SECAM.

Кроме того, в соответствии с отчетом о НИР "ТВ-стереозвук", рекомендовано:

провести разработку временных норм, определяющих условия и параметры регулярного вещания ТВ-программ в стандарте D/K SECAM со стереозвуком по системе NICAM-728;
для разработки временных нормативных документов использовать полученные в данной работе рекомендации по выбору параметров сигнала системы NICAM-728, вводимого в ТВ-сигнал стандарта D/K SECAM;
на период разработки временных норм, определяющих условия и параметры регулярного вещания ТВ-программ в стандарте D/K SECAM со стереозвуком по системе NICAM-728, продолжить экспериментальное эфирное вещание ТВ-программ ЗАО "Энергия ТВ" в стандарте D/K SECAM со стереозвуком по системе NICAM-728 на 38 ТВК на "Московском региональном центре";
разрешить использовать эфирное вещание ТВ-программ ЗАО "Энергия ТВ" со стереозвуком по системе NICAM-728 в других населенных пунктах России при условии готовности оборудования для обеспечения такого вещания и с учетом результатов выполненной работы;
рассмотреть вопрос о необходимости коррекции действующих государственных стандартов и других отраслевых нормативных документов, требующих уточнения в результате осуществлениявещания по стандарту D/K SECAM- NICAM.

Таким образом, исследования возможности использования системы двухка-нального цифрового звукового сигнала NICAM-728 для стереозвукового сопровождения на 38-м ТВ-канале в Москве завершены с положительным результатом. Цифровая система стереозвукового сопровождения NICAM-728 может быть успешно использована в отечественном стандарте ТВ-вещания D/K SECAM существующих эфирных и кабельных сетей.

Заключение по результатам проведения экспериментальной научно-исследовательской работы направлено в Минсвязи России для принятия соответствующего решения.

На наш взгляд, оперативная разработка временных норм на применение системы NICAM-728, а не государственного стандарта, позволит в приемлемые сроки обеспечить качественное ТВ-вещание со стереофоническим звуковым сопровождением на период до внедрения в Российской Федерации европейской системы цифрового телевизионного вещания DVB, что предусмотрено распоряжением Правительства РФ от 25.05.2004 №706-р.

Заместитель технического директора телеканала "MTV Россия"
Виталий Гребеник

Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #6, 2004
Посещений: 15598

Статьи по теме

Автор

Виталий Гребеник

Заместитель технического директора телеканала "MTV Россия"

Всего статей: 2

В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

NICAM-728: результаты эксперимента

NICAM-728: результаты эксперимента

Виталий Гребеник

Мы в соцсетях