В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Марк Кривошеев
Главный научный сотрудник НИИР
Владимир Федунин
Ведущий научный сотрудник НИИР
Вначале 1970-х гг. на основе сетей ТВ-вещания было предложено создание многофункциональных информационных систем для массового интерактивного обслуживания в населенных пунктах [1]. Особое внимание предлагалось уделить разработкам ТВ-методов и средствам отображения визуальной информации без использования электронно-лучевых трубок, удобных для быстрого и безошибочного ее восприятия [2]. Тем временем, с учетом высокой востребованности визуальной информации в многолюдных и общественных местах городов, продолжали использоваться и совершенствоваться традиционные (в основном статические) способы представления информации в виде афиш, плакатов, панно и т.п. Существуют также системы с экранами, устанавливаемыми в многолюдных местах для отображения разнообразной мультимедийной информации [3, 4]. Однако такие системы во многих случаях недостаточно эффективны и не обеспечивают высокое качество отображаемой информации.
Сегодня требуются новые подходы к оперативному массовому информационному обслуживанию населения. При этом имеются основания вернуться к ранее выдвинутым предложениям.
Информационное обслуживание общества может быть существенно улучшено с помощью новых многофункциональных видеоинформационных (демонстрационных) систем (ВИС) на основе цифровых технологий больших экранов, телевидения высокой (ТВЧ) и сверхвысокой (ТСВЧ) четкости, включая ультравысокую четкость с разложением изображения на 7680x4320 и 3840x2160 пикселей [5-7], позволяющих рассматривать даже самые мельчайшие нюансы демонстрируемых изображений. Международная стандартизация систем ТСВЧ (более 1000 строк) для вещательных и невещательных применений была предложена председателем 11-й Исследовательской комиссии (ТВ-вещание) МККР (ныне МСЭ-Р) в начале 1990-х гг. [8, 10]. К настоящему времени уже разработана серия мировых стандартов в этой области [8]. Они реализованы в аппаратуре и новых дисплеях, готовых к широкому внедрению [9].
ВИС имеют следующие основные качества:
Важным преимуществом новых ВИС по сравнению с другими видами систем является возможность существенного повышения эффективности проведения различных массовых мероприятий с привлечением большого числа зрителей и участников путем обеспечения интерактивного взаимодействия провайдеров и потребителей услуг.
Поскольку современные средства производства программ и вещания уже включают аппаратно-студийные и радиопередающие комплексы, студии для производства ТВ-программ,
ТВ-фильмов, рекламных роликов и прочей видеопродукции, аппаратуру связи с внешними сетями подачи и распределения программ вещания, компьютерное обеспечение и др., целесообразно использовать их для подготовки контента видеоинформационных служб и его подачи на дисплеи ВИС [10]. Один из примеров интеграции средств вещания и систем ВИС приведен на рис. 1.
Средства вещания в значительной мере могут использоваться также для сбора информации от источников контента, обработки и подготовки программного материала для ВИС. Сформированные сигналы можно подавать на различные устройства отображения (дисплеи).
Видеоинформационные системы, интегрированные в структуры центров производства и постпроизводства программ цифрового ТВ-вещания, позволят вещателям организовать новые бизнес-приложения путем передачи мультимедийного контента в виде потоков и файлов данных, в том числе и в составе транспортных потоков программ цифрового вещания.
Предлагается создать в городах и населенных пунктах интерактивные цифровые сети, позволяющие в реальном масштабе времени оперативно обмениваться информацией между комплексами аппаратуры для формирования программ и устройствами отображения. В этих целях можно было бы использовать существующие сети распределения сигналов программ ТВ-вещания, локальные и региональные сети, волоконно-оптические и кабельные линии, а также другие средства телекоммуникаций.
ВИС применительно к театральным и концертным залам и другим подобным задачам могут создаваться на базе цифровых ТВ-систем LSDI (Large Screen Digital Imagery) с большими экранами с соотношением сторон 16:9. В настоящее время разработано 17 рекомендаций МСЭ-Р по данной тематике, основные из которых рассмотрены ниже.
Цифровые форматы изображения
При производстве программ LSDI в качестве базового видеоформата в Рекомендации ВТ.1680 [11] предлагается использовать цифровой формат разложения изображений на 1920x1080 пикселей, стандартизованный в Рекомендации ВТ.709 "Значения параметров стандартов ТВЧ для производства и международного обмена программами".
Видеоформаты, отвечающие различным разрешающим способностям и параметрам разложения изображений, для разнообразных применений систем LSDI приводятся в Рекомендации ВТ.1769 [6]. В ней предлагается использовать иерархическое семейство форматов, обеспечивающее характеристики изображения в соответствии с табл. 1. Число строк и количество отсчетов в строке в этих форматах должны быть пропорциональны аналогичным значениям параметров форматов, приведенным в Рекомендации ВТ. 1201 [5].
Изображения LSDI могут воспроизводиться жидкокристаллическими и лазерными дисплеями, разрешающая способность которых уже сегодня отвечает приведенным в табл. 1 иерархическим форматам, а размер экранов достигает 2,5-3 м [12].
В Рекомендации ВТ. 1769 приводятся результаты экспериментов по определению зависимости ощущения реальности изображений LSDI от формата разложения и размеров этих изображений, а также от расстояния между зрителем и демонстрационным экраном. Эксперименты проводились путем субъективной оценки изображений с использованием семибалльной шкалы категорий при изменении числа строк разложения в пределах от 1000 до 4000. Расстояние до экрана выбиралось из условия незаметности строчной структуры изображения зрителям с нормальной остротой зрения. Горизонтальный угол зрения, под которым наблюдалось изображение, варьировался в пределах от 330 до 1000. Значения этих параметров, использованные при проведении экспериментов, приведены в табл. 3.
Эксперименты подтвердили, что ощущение реальности демонстрируемых на экране сюжетов возрастает с увеличением угла зрения, и для обеспечения высокой степени этого ощущения разрешающая способность цифровых форматов изображения LSDI должна быть выше, чем для форматов ТВЧ.
В случае когда контент сигнала LSDI доступен лишь в формате изображений с разложением на 525/625 строк, согласно Рекомендации ВТ. 1689 [13] необходимо представлять этот контент в формате, соответствующем Рекомендации ВТ.601 "Студийные параметры кодирования цифрового телевидения для стандартного 4:3 и широкоэкранного 16:9 форматов".
Цифровое сжатие видеоданных
Цифровое сжатие сигналов, необходимое для их распределения по стандартным наземным и спутниковым радиоканалам в реальном масштабе времени к аппаратуре для отображения программ LSDI, регламентировано в Рекомендации ВТ.1687 [14]. В ней предлагается использовать для этих целей стандарты MPEG-2 и MPEG-4/AVC. В случае применения стандарта MPEG-2 следует сжимать данные, пользуясь основным профилем на высоком уровне MP@HL, в целях обеспечения скорости потока данных не более 20 Мбит/с. Следует также применять уровни 4 и 4.2 стандарта MPEG-4/AVC для передачи сигналов семейства систем ТВЧ по Рекомендации ВТ.709 (часть 2) с прогрессивным и чересстрочным форматами разложения изображения на 1920x1080 пикселей. Показано, что передача этих сигналов с качеством каналов подачи возможна со скоростью 9-15 Мбит/с и с качеством каналов распределения со скоростью 7-12 Мбит/с. Для излучения сигналов предлагается использовать скорости 18-20 Мбит/с (система 1920хЮ80х60/50р) и 8-10 Мбит/с (система 1920хЮ80х24/25р).
Цифровой тракт системы LSDI
Общая структура эталонного цифрового тракта системы LSDI (рис. 2) и указания по управлению постобработкой сигналов изображения и звука в различных его элементах приведены в Рекомендации ВТ.1662 [15]. Описываются основные требования к элементам тракта и уровням качества изображения и звука, обеспечиваемым этими элементами. Отмечается применение простой (монтаж, микширование, введение субтитров и др.) и сложной (ступенчатое переключение цветов, матирование изображений, фильтрация и микширование звука и т.п.) постобработки звукового и видеосигналов в процессе формирования и производства программ LSDI. Сообщается, что в различных элементах тракта могут осуществляться преобразования формы сигналов (цифра - аналог, аналог -цифра) и изменения их форматов. Показана необходимость учета изложенных требований к цифровому тракту системы при обеспечении заданных уровней качества изображения и звука в различных применениях LSDI.
Представление программ LSDI
Общие требования к представлению программ LSDI изложены в Рекомендации ВТ. 1690 [16]. В ней приведены следующие основные аспекты:
В Рекомендации ВТ.1665 [17] отмечается возможность ограничения характеристик изображений (яркость, контраст, насыщенность цветов, детальность и др.), воспроизводимых на экране устройства отображения системы LSDI, из-за искажений, обусловленных дискретизацией аналогового видеосигнала и технологией изготовления дисплеев. При разработке методов дискретизации сигнала и цветового кодирования изображений рекомендуется учитывать особенности восприятия искажений этих изображений зрительной системой человека, а также ограничения за счет несовершенства технологии дисплеев.
Рекомендация ВТ. 1664 [18] посвящена представлению изображений с различными форматами кадра на экране LSDI-дисплея системы с сохранением этих форматов. Примеры воспроизведения изображений на экране с соотношением сторон 16:9 и положения черных горизонтальных или вертикальных полосок на неиспользуемых участках растра приведены в табл. 4.
В Рекомендации ВТ.1686 [19], посвященной световым измерениям на большом экране системы LSDI, указывается, что для повышения точности результатов необходимо учитывать отражения световых лучей проекционного дисплея от экрана, стен, мебели и других предметов интерьера просмотрового зала, влияющие на качество демонстрируемых изображений. Описывается методика измерений интенсивности световых лучей проектора, отражаемых экраном, с помощью фотометров с щелевидной и конусообразной насадками.
Оценка и измерение качества изображений LSDI
Субъективной оценке качества изображений в системах LSDI посвящена Рекомендация ВТ. 1663 [20]. В ней предлагается использовать ускоренный метод субъективных экспертиз с участием пяти-шести высококвалифицированных специалистов, имеющих опыт в данной области и в разработке этих систем. Экспертиза проводится в два этапа, на первом из которых дается субъективная оценка качества воспроизведения последовательностей испытательных LSDI-изображений с применением процедуры с двумя стимулами и использованием непрерывной шкалы качества по Рекомендации ВТ.500 "Методика субъективной оценки качества телевизионных изображений". При экспертизе применяется сравнение эталонного и оцениваемого изображений, одновременно воспроизводимых на одном и том же демонстрационном экране (метод полей сравнения [21-24]). Второй этап посвящен обработке и обсуждению полученных результатов. При необходимости допускается частичное повторение субъективных экспертиз, уточняющее данные первого этапа.
Объективное измерение качества изображений в системах LSDI в соответствии с Рекомендацией ВТ. 1721 [25] осуществляется с использованием методологии, аналогичной изложенной в Рекомендации ВТ. 1683 [26] для цифровых систем стандартного телевидения. Показано, что применение одних и тех же методов измерения в ТВ-системах различной четкости, рассмотренных, например, в Рекомендациях ВТ.709, BT.1543 и BT.601, независимо от используемой в них структуры дискретизации видеосигнала по вертикали возможно при условии примерно одинакового угла зрения при рассматривании мелких деталей изображений.
Передача сигналов LSDI
Доставку сигналов программ LSDI от их источника к демонстрационной аппаратуре по наземным и спутниковым каналам следует осуществлять согласно Рекомендации ВТ. 1727 [27] с помощью систем, стандартизованных в Рекомендациях ВТ. 1306 "Методы исправления ошибок, формирования циклов данных, модуляции и передачи для наземного цифрового телевизионного вещания" и ВО. 1516 "Цифровые многопрограммные телевизионные системы, предназначенные для использования спутниками, работающими в диапазоне частот 11/12 ГГц". При формировании этих сигналов необходимо использовать методы кодирования видеоданных источника изображений, изложенные в Рекомендации ВТ.1687 [14].
Старт международной стандартизации видеоинформационных систем
В связи с целесообразностью исследования проблемы новых видеоинформационных систем, решенной лишь относительно систем LSDI, по предложению России в Вопрос 13/6 МСЭ-Р " Развитие мультимедийных средств и общий формат изображения" включили изучение требований пользователя к этим системам как начальный этап их международной стандартизации [28, 29]. В октябре-ноябре 2008 года на собрании 6-й Исследовательской комиссии (служба вещания) МСЭ-Р было решено изучать указанные требования в рамках Вопроса 45/6 "Вещание приложений мультимедиа и данных" [30].
Таким образом, был дан старт изучению новых видеоинформационных систем в международном масштабе, учитывая, что в итоге наряду с телерадиовещанием они станут важными составляющими информационного обеспечения населения. Открыта зеленая улица разработке пакета стандартов по мировому сопряжению систем и обмену контентом.
Можно утверждать, что в недалекой перспективе средства отображения оперативной визуальной информации в населенных пунктах в основном будут обеспечиваться с помощью дисплеев с экранами разных размеров с использованием технологий телевидения стандартной, высокой и сверхвысокой четкости с высокими качественными и эксплуатационными показателями. Изображения будут создаваться ТВ- и компьютерными системами и станут одним из доминирующих средств доставки такой информации в населенных пунктах, в первую очередь в многолюдных местах. Передача контента на дисплеи будет осуществляться с использованием телевизионных и компьютерных методов по наземным и спутниковым радиоканалам, разветвленной сети цифровых каналов связи, Интернету и с помощью других ин-фокоммуникационных средств.
Полагая, что интеграция многих видов информационных служб является перспективным и коммерчески выгодным решением, вещательным компаниям предлагается проявить инициативу в производстве контента и совместно со связистами и другими информационными службами участвовать в развитии структур ВИС. Такое участие вещателей на этапе внедрения цифрового ТВ-вещания не только радикально повысит их роль и значимость в развитии информационного общества, но и будет способствовать коренному расширению спектра предоставляемых услуг со значительной экономической поддержкой. В развитии таких систем будут заинтересованы также многочисленные телекоммуникационные службы в связи с возможностью заметного увеличения их трафика и объема деятельности.
1. Кривошеее М.И. Перспективы развития телевидения. - М.: Знание, 1972.
2. Телевизионные методы и устройства отображения информации / Под ред. М.И. Кривошеева. - М.: "Советское радио", 1975.
3. Крылов В.Г. Системы "наружного видео" и "наружного телевидения" -современные решения в информационных и рекламных технологиях // Интернет-журнал о больших полноцветных видеоэкранах. - 2000. Вып. 6 / http://www.displays.ru.
4. Digital Signage - по ту сторону экрана // http://www.mava-te.ru/site/content/view/98/9/.
5. ITU-R. Recommendation BT. 1201 -Extremely high resolution imagery.
6. ITU-R. Recommendation BT. 1769 -Parameter values for an expanded hierarchy of LSDI image formats for production and international programme exchange.
7. ITU-R. Report BT.2042 - Technologies in the area of extremely high resolution imagery.
8. Кривошеее М.И. Международная стандартизация цифрового телевизионного вещания. - М.: Научно-исследовательский институт радио, 2006.
9. Гласман К. Конференция IBC2008: время перемен в телевизионном вещании // Научно-технический журнал 625. -2008. № 10.
10. Кривошеее М.И. На старте широкого внедрения цифрового телевизионного вещания в России // Научно-технический журнал 625. - 2008. № 1 (135).
11. ITU-R. Recommendation BT.1680 - Baseband imaging format for distribution of large screen digital imagery (LSDI) applications intended for presentation in a theatrical environment.
12. Быструшкин К., Степаненко Л. В ожидании чуда // Салон AV. - 2007. № 3.
13. ITU-R. Recommendation BT. 1689 - Guidelines on the presentation in large screen digital imagery environments of programmes that are provided in image formats conforming to Recommendation ITU-R BT.601.
14. ITU-R. Recommendation BT. 1687 - Video bit-rate reduction for real-time distribution of large screen digital imagery applications for presentation in a theatrical environment.
15. ITU-R. Recommendation BT. 1662 - General reference chain and management of post-processing headroom for programme essence in large screen digital imagery (LSDI) applications.
16. ITU-R. Recommendation BT. 1690 - Assumed characteristics of venues intended for large screen digital imagery programme presentation in a theatrical environment.
17. ITU-R. Recommendation BT. 1665 - Considerations for colour encoding and spatial resolution for LSDI display.
18. ITU-R. Recommendation BT. 1664 - Representation of various image aspect ratios into the image of LSDI applications that use a 16:9 raster.
19. ITU-R. Recommendation BT. 1686 - Methods of measurement of image presentation parameters for large screen digital imagery programme presentation in a theatrical environment.
20. ITU-R. Recommendation BT.1663 - Expert viewing methods to assess the quality of systems for the digital display of LSDI in theatres.
21. Кривошеее М.И. Измерения в телевизионном оборудовании. - М.: Связьиздат, 1956.
22. Кривошеее М.И., Виленчик Л. С, Красносельский И.Н. и др. Цифровое телевидение / Под ред. М.И. Криво-шеева. - М.: Связь, 1980.
23. Кривошеее М.И. Основы телевизионных измерений. -3-е изд., доп. и перераб. - М.: Радио и связь, 1989.
24. ITU-R. Chairman of Study Group 11. The new approaches to quality assessment and measurements in digital broadcasting / / Doc. 10-11Q / 9, 6 October 1998.
25. ITU-R. Recommendation BT.1721 - Objective measurement of perceptual image quality of LSDI applications for theatrical presentation.
26. ITU-R. Recommendation BT.1683 - Objective perceptual video quality measurement techniques for standard definition digital broadcast television in the presence of a full reference.
27. ITU-R. Recommendation BT.1727 - Terrestrial and satellite delivery of programme material to LSDI venues.
28. ITU-R. Russian Federation. Proposal on draft revision of Question ITU-R 13/6 - Multimedia evolution and common content format // Doc. 6X/7, 7 April 2008.
29. ITU-R. Working Party 6X. Draft revision of Question ITU-R 13/6 - Multimedia and relevant common data format // Doc. 6/45, 22 May 2008.
30. ITU-R. Working Party 6B. Draft revision of Question ITU-R 45-1/6 - Broadcasting of multimedia and data applications // Doc. 6/99, 30 October 2008.
Оставить мнение и задать вопросы по статье можно здесь
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #3, 2009
Посещений: 15385
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
