В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Исаак Дворецкий
Заместитель генерального директора ЗАО "Телэкс"
Среди прогрессивных экспертов по телекоммуникационным технологиям все чаще звучит мысль о том, что концепция "сеть - услуга" теряет свою актуальность, что грядет эра NGN, эра сетей Triple Play и даже Quadro Play, что эти сети в конечном счете поглотят существующие сети телевизионного и звукового вещания. Размышляя о таком "поглощении", немедленно вспоминаешь бесценную мысль Марка Твена: "... слухи о моей смерти несколько преувеличены"
Сеть телерадиовещания живет и интенсивно развивается. Нарастает объем производства каналообразующего оборудования. Более того, этот объем так велик, что нелегко сделать его полный обзор. Ниже предпринята попытка дать такой обзор применительно к российскому рынку телерадиовещания. Справедливости ради скажем, что в наиболее продвинутых образцах рассматриваемого каналообразующего оборудования в той или иной мере уже отражаются тенденции NGN, Triple Play и т.п.
Само понятие " каналообразующее оборудование для телерадиовещания", как обычно, несколько условно и размыто. Здесь мы не будем рассматривать никаких элементов, относящихся к производству программ телевидения и звука, то есть элементов аппаратно-студийных комплексов. Не будем также рассматривать целиком цифровые телевизионные и звуковые системы, например спутниковые и наземные системы DVB-S, DVB-C, DVB-T, ATSC, ISDB, хотя отдельные элементы последних можно отнести к классу каналообразующего оборудования. Мы рассмотрим только оборудование для доставки телевизионных и радиовещательных программ от центров их формирования до передающих станций -радиостанций, центральных и оконечных проводных станций, то есть оборудование для передачи сигналов ТВ и ЗВ в цифровой форме по уже сформированным трактам первичной транспортной сети. По существу, здесь мы рассмотрим аудио- и
видеокодеки, осуществляющие компрессию ТВ- и ЗВ-сигналов и поддерживающие стандартные интерфейсы транспортной сети для распределения сигналов к оконечным станциям.
Стандарты компрессии телевизионных сигналов
Алгоритмы и стандарты компрессии ТВ-сигналов создавались большими коллективами исследователей, работающих в рамках международных организаций ISO/IEC и ITU-T. В ISO/IEC над созданием стандарта работала группа экспертов по движущимся изображениям (MPEG), а в ITU-T группа экспертов по видео кодированию (VCEG). В 1992 г. ISO/IEC впервые был принят стандарт MPEG-1 и почти сразу же вслед за ним стандарт MPEG-2, который был поддержан основными производителями ТВ-оборудования и на несколько лет фактически стал основным стандартом видеокодирования, признанным основой для DVB. Большая часть ТВ цифрового каналообразующего оборудования, работающего на российской сети, в настоящее время относится именно к этому стандарту. Однако алгоритм MPEG-2 не слишком эффективно ориентирован на поддержку Интернета и медиаприложений, которые начали бурно развиваться. Поэтому с середины 1990-х гг. экспертная группа MPEG приступила к разработке нового стандарта MPEG-4, более пригодного для работы с медиаприложе-ниями. Этот стандарт впервые был принят ISO/IEC в 1999 „., и почти каждый год (вплоть до 2002 г.) принимались дополнения и улучшающие версии. Стандарт известен как ISO/IEC 14496-2 или как MPEG-4, часть 2. Параллельно с группой MPEG работала группа VCEG в ITU-T, создавшая рекомендации Н.262 и Н.263. Эти рекомендации пересекаются с MPEG-4, часть 2, но не совпадают полностью. Надо отметить, что этот новый стандарт не дал выигрыша в качестве ТВ-сигнала или выигрыша в скорости передачи при заданном качестве.
В начале нового тысячелетия группы MPEG и VCEG наконец объединили усилия для создания нового алгоритма и стандарта. Он должен был позволить значительно улучшить качество ТВ-сигнала (или значительно уменьшить скорость передачи) и в то же время иметь широкую область применения, включая DVB, Интернет, видеоконференц-связь, видео на мобильные телефоны, видеонаблюдение и т.д. Объединенная группа, известная как JVT, создала новый алгоритм и стандарт, позволивший достичь поставленных целей. Впервые была создана совместная рекомендация ISO/IEC и ITU-E. Точнее говоря, в 2003 г. впервые были приняты две полностью идентичные международные рекомендации - ISO/IEC 14496-10 (MPEG-4, часть 10) и ITU-T H.264. Иногда они обозначаются как MPEG-4 AVC (Advanced Video Codec) или H.264/AVC. В 2005 г. утверждена новая версия этой рекомендации, в которой исключены некоторые ошибки и введены некоторые добавления.
Рекомендация H.264/AVC сразу же получила широкое распространение среди производителей оборудования. В настоящее время она принята администрациями связи большинства развитых стран и соответствующими международными организациями как основа для построения современной сетевой инфраструктуры в области всех перечисленных выше приложений.
Основные производители каналообразующего оборудования ТВ либо уже завершили разработку своих кодеков H.264/AVC и выпустили их на рынок, либо завершают их разработку. Более того, принятие рекомендации H.264/AVC привело к появлению новых игроков на рынке цифрового ТВ-оборудования. Это происходит ввиду большого числа новых эффективных механизмов, заложенных в алгоритм стандарта H.264/AVC, которые значительно улучшают качество (уменьшают скорость более чем в два раза) и резко расширяют область применения оборудования.
Отметим, что в соответствии со стандартом H.264/AVC видеопоток ТВ-изображений сопровождается потоками звуковых сигналов, о формировании которых сказано в следующем пункте. Рассматриваемый стандарт, как и все предыдущие MPEG-стандарты, описывает только параметры, относящиеся к ТВ-декодеру, включая структуру сигнала на его входе. Каждый производитель может по своему усмотрению модифицировать ТВ-кодер, при условии согласования его с декодером, выполненным по стандарту H.264/AVC. Многие производители, выпускающие кодеки стандарта H.264/AVC, обеспечивают в них поддержку "старых" стандартов MPEG-2 и MPEG-4 для "облегчения жизни" операторам и конечным пользователям за счет совместимости "старых" и "новых" алгоритмов.
Мы не будем описывать механизмы обработки, нормированные в стандарте H.264/AVC. Это заняло бы чересчур много места. Дадим только краткую характеристику профилей и уровней этого стандарта. Стандарт содержит 7 профилей и 16 уровней для работы с различными приложениями. Он рассчитан на 29 форматов сигнала изображения -от формата SQSIF - 128x96 до формата 4096x2304 (16:9). При этом формат стандартного ТВ-разрешения 625 SD - 720x576 декодируется главным профилем уровня 3.0 (МР@3), формат ТВЧ 720р HD 1280x720 декодируется высшим профилем уровня 3.1 (НР@3.1), а формат ТВЧ 1080 HD 1920x1088 декодируется высшим профилем уровня 4.0 (HP@4).
Стандарт H.264/AVC принят в качестве основы DVB европейскими вещателями и стремительно распространяется по всему миру, прежде всего потому, что позволяет осуществить переход от ТВ стандартного разрешения к цифровому ТВЧ (HD - High Definition) практически без расширения используемого частотного ресурса и без уменьшения количества принимаемых ТВ-программ (рис. 1).
Другая причина быстрого внедрения этого стандарта, как уже сказано, - весьма широкие области применения, на которые нацелено его создание. Поэтому ниже основное внимание уделено кана-лообразующей аппаратуре, соответствующей этому стандарту.
Стандарты компрессии звуковых сигналов
Алгоритмы и стандарты компрессии звуковых сигналов так же, как и в телевидении, создавались экспертной группой MPEG. Наиболее распространенным стандартом для цифровых распределительных сетей ЗВ является МР-2 (MPEG-1, уровень 2), а для медиаприложений - МР-3 (MPEG-1, уровень 3). Первый из них предназначен для цифровых систем в аналоговом окружении. Он допускает переприемы по низкой частоте, то есть последовательное соединение кодеков. Аббревиатура второго из них известна каждому, кто садился за компьютер со звуковой картой. Третья часть стандарта MPEG-4 -ISO/IEC 14496-3 посвящена алгоритмам кодирования звуковых сигналов, являющихся в некотором смысле наследниками МР-3, рассчитанными на последовательное снижение цифровой скорости при фиксированном качестве передачи звука. Это алгоритмы группы AAC (Advanced Audio Codec) - High Efficiency - AAC (HE-AAC), HE-AAC v.2, HE-aacPlus v.2. Они добавлялись в стандарт MPEG-4 - ISO/IEC 14496-3 путем его последовательных модификаций. Все они содержатся в версии стандарта, принятой в 2005 г.
Подчеркнем, что все эти "наследники" МР-3 ориентированы на полностью цифровую среду передачи. Они не рассчитаны на аналоговое окружение и на последовательное включение звуковых кодеков, которое может привести к заметным потерям качества передачи.
Обычно ТВ-кодеки стандарта H.264/AVC поддерживают передачу одного или нескольких сигналов ЗСТ (звукового сопровождения телевидения) по одной или нескольким указанным версиям группы ААС.
Наряду с рассмотренными стандартами "сильной компрессии" в звуковом вещании используется стандарт NICAM-3 "слабой компрессии" (см. Рек. ITU-T J.57). Он иногда используется для межстудийных соединений и размещает один стереосигнал в полном цифровом канале Е1 для передачи с цифровой скоростью 1920 кбит/с.
Интерфейсы для передачи ТВ- и ЗВ-сигналов
На рис. 2 условно показано место ка-налообразующего оборудования ТВ и ЗВ для приема аналогового сигнала конечным пользователем.
А на рис. 3 - соответствующее место при цифровом приеме.
На обоих рисунках указан интерфейс SDI на входе кодера. Этот интерфейс (SMPTE 292M) цифрового студийного сигнала 270 Мбит/с обычно включает объединенные ТВ- и ЗСТ-сигналы. Как правило,оборудование стандарта H.264/AVC поддерживает интерфейс SDI либо непосредственно, либо опционально. Но выпускаются ТВ-кодеки, имеющие также обычный аналоговый ТВ-интерфейс для композитного ТВ-сигнала с различными конструктивными опциями. В этом случае ТВ-кодек обязательно имеет аналоговые интерфейсы для сигналов звукового сопровождения -симметричный, несимметричный или обе опции. Такие же опции аналогового интерфейса имеются и в оборудовании ЗВ, которое используется отдельно от оборудования ТВ для передачи звуковых программ. Оборудование ЗВ может включать также цифровые интерфейсы звуковой студии - интерфейс AES/EBU -3078 кбит/с или интерфейс SPDF. Последний интерфейс примерно аналогичен интерфейсу AES/EBU и используется в бытовой цифровой звуковой аппаратуре. Отметим, что большинство западной аппаратуры выполнено в формате PAL -NTSZ. Для применения на отечественных сетях зачастую требуется использовать на входе преобразователи PAL/SECAM (SECAM/PAL).
Интерфейсы сетевой стороны, обычно используемые в каналообразующей аппаратуре ТВ и ЗВ, - это стандартный интерфейс Е1, используемый как для ЗВ, так и для ТВ + ЗСТ. Канал Е1 имеет недостаточную емкость для размещения ТВ-сигнала, закодированного по стандарту MPEG-2. Поэтому для передачи такого сигнала используют несколько каналов El (NxEl, где N = 4, 6, 8) или стандартный интерфейс ЕЗ. Объединение сигнала ТВ в N каналов Е1 осуществляют с использованием инверсного мультиплексора. Он синхронизирует сигналы в трактах Е1 для получения непрерывного ТВ-сигнала. Отметим, что этот момент - непрерывность ТВ-сигнала на выходе инверсного мультиплексора - вызывает нарекания операторов сети, так как битовые ошибки и ошибки синхронизации в объединяемых каналах зачастую независимо возникают в объединяемых каналах и приводят к заметным искажениям выходного ТВ-сигнала.
В аппаратуре, выполненной по стандарту H.264/AVC также используют интерфейс Е1. Однако в этом случае не предполагается наличие инверсного мультиплексора, так как в канале Е1 размещают полный ТВ-сигнал стандартного разрешения. Наиболее часто используемый сетевой интерфейс такой аппаратуры - это Ethernet с поддержкой стека протоколов TCP/IP, UDP и использованием транспортных протоколов RTP/RTSP. Наиболее часто используемые опции для такого пакетного потока - это:
Таким образом, для новой аппаратуры преобладает пакетный вариант выхода в транспортную сеть общего пользования, и для согласования с синхронной сетью, например SDH, предусматриваются специальные программные средства укладки сигнала в контейнеры.
Телевизионное каналообразующее оборудование
В настоящее время каналообразующее оборудование стандарта MPEG-2 интенсивно поставляется на отечественный рынок российскими производителями:
По нашим данным, эти отечественные фирмы, а также ЗАО "Телэкс" (СПб) и "Элекард" (Томск) в настоящее время ведут разработки новых цифровых ТВ-комплексов на основе стандарта Н.264/AVC. Видимо, в ближайшее время следует ожидать выхода отечественного оборудования этого стандарта на рынок. Что касается зарубежных фирм, то основные игроки на рынке ТВ-оборудования, а также новые производители позиционируют на рынке кодеки стандарта Н.264/AVC и активно его продвигают (см. таблицу).
Таблица, представленная в статье, дает хотя и неполное, но наглядное представление о том "производительном взрыве", который произошел за неполные два года после принятия рекомендации Н.264/AVC. Отечественным производителям тоже следует поторопиться в выпуске на рынок такого каналообра-зующего оборудования. Аналогичный "взрыв" наблюдается и в создании set-top box-стандарта Н.264/AVC, то есть сравнительно дешевых приставок к ТВ-приемникам, которые не рассматривались в данном обзоре.
Звуковое каналообразующее оборудование
В настоящее время каналообразующее оборудование стандарта MPEG-1, уровень 2 интенсивно поставляется на отечественный рынок следующими российскими производителями:
Зарубежные фирмы на этом рынке представлены весьма слабо.
Что касается звукового оборудования нового стандарта Н.264/AVC, то это оборудование выполняется в рамках работ по цифровому ТВ, в приведенной таблице содержится и его обзор.
Некоторые сетевые аспекты применения оборудования
Здесь мы отметим те аспекты, которые волнуют отечественного производителя оборудования. Это, прежде всего, недостатки нормативной базы в регулировании частотного ресурса, в регулировании параметров оборудования для его сертификации и особенно в регулировании параметров каналов, предполагаемых к использованию оборудования. В этом последнем вопросе можно сказать, что мы наблюдаем пустую нормативную базу. Отечественных норм на тракты Ethernet TCP/UDP нет. Между тем даже беглый взгляд на приведенную выше таблицу показывает нам, как нужны такие нормы. Практически все производители поддерживают данный интерфейс. Это особенно обидно в связи с тем, что ITU-T уже принял соответствующие нормы (см. Рек. Y.1541 -Требования к сетевым показателям качества для служб, основанных на протоколе IP).
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #5, 2007
Посещений: 19031
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
