П.П.
Олефиренко.
Развитие систем цифрового
радиовещания
Цифровое радиовещание, равно как
и аналоговое, не привлекает к себе
такого внимания как цифровое
телевидение. Связано это, видимо, с
тем, что, с одной стороны,
существующее радиовещание вполне
удовлетворяет общественные
потребности, с другой стороны, в
появившемся уже довольно давно
цифровом радиовещании не
наблюдается таких революционных
преобразований, как в цифровом
телевидении. Для реализации
цифрового радиовещания было
предложено несколько систем, и все
они успешно развиваются, что
говорит о фактической
многостандартности. Чтобы получить
представление о современном уровне
цифрового радиовещания, рассмотрим
достижения в развитии трех
реальных систем: DRM, EUREKA 147, Digital System E.
Начиная с 1998 г., консорциум DRM
успешно продвигается к реализации
своей системы. В консорциум сейчас
входят 45 членов и 21 ассоциированный
член. Предложения его стали
предметом проекта Рекомендации
Международного союза электросвязи.
В 2001 г. завершен 3-й этап полевых
испытаний, а с начала 2002 г. началось
опытное вещание, регулярное же
вещание планируется с мая 2003 г. С
самого начала консорциум считал,
что для достижения коммерческого
успеха цифровой АМ-системы на
мировом рынке она должна
удовлетворять следующим
требованиям: более высокие
качество звука и надежность приема,
чем у АМ-вещания; совместимость с
существующим частотным планом
АМ-вещания; перспективность
развития; обеспечение постепенного
перехода от аналогового к
полностью цифровому радиовещанию;
максимально возможное
использование существующего
передающего оборудования;
возможность производства дешевых
приемников.
В системе DRM для
мультиплексирования данных
используется модуляция со многими
поднесущими COFDM. В полосе 10 кГц
плотность поднесущих достигает 200.
При распространении наземных и
ионосферных волн в диапазонах
длинных, средних и коротких волн
для лучшей адаптации к каналу
передачи возможны три режима
работы: A-ground, B-sky, C-robust.
В настоящее время проблемой для
системы DRM становится разработка
соответствующих процессоров
обработки [4]. Для реализации
цифровой системы, также как и
аналоговой, важное значение имеет
правильная дополнительная
обработка звукового сигнала. Не
следует думать, что для обработки
сигнала в интернет-вещании
FM-процессора будет достаточно.
Искажения кодирования могут даже
увеличиться. Не случайно есть
специализированные процессоры для
аналогового АМ, FM, телевидения,
Интернета. Требования к процессору
цифрового радиовещания очень
отличаются от требований к
процессорам для FM-вещания.
Процессор FM работает совместно со
стереокодером для предотвращения
перемодуляции и уменьшения
искажений, а процессор цифровой
системы должен работать совместно
со звуковым кодером и обрабатывать
цифровой поток. В системе с
использованием кодеков
динамический процессор
действительно может улучшить
эффективность кодера и повысить
качество звука, особенно в случае
понижения цифрового потока для
Интернета. Связано это с тем, что
все передающие среды неодинаковы.
Наиболее явное различие систем
FM-вещания и цифровой состоит в том,
что полоса частот в первой 15 кГц, а
во второй 20 кГц. Кроме того в
цифровой системе частотные
предыскажения не применяются, а в
аналоговой применяются. В
результате звук цифрового
радиовещания принципиально
отличается от звука аналогового
FM-вещания.
До полевых испытаний DRM провел
серию лабораторных исследований с
использованием пяти моделей
каналов распространения. Затем
прошли две серии полевых испытаний
с целью проверки, отвечает ли
лабораторное моделирование
большинству реальных ситуаций
распространения, а также
подтверждения совместимости
сигналов DRM с существующей
передающей аппаратурой и проверки
реальных качественных
характеристик. Третья серия
полевых испытаний требовалась для
получения дополнительной
информации, чтобы окончательно
сформулировать спецификацию
надежного режима работы (C-robust) и
подтвердить пригодность системы
для приема в подвижных объектах, в
одночастотных сетях и др. Еще эти
испытания должны были дать ценную
информацию для построения новых
моделей распространения, которые
необходимы для прогнозирования зон
распространения сигнала. Для
диапазона коротких волн сбор
информации по условиям
распространения продолжится в
течение многих лет после введения
системы DRM, чтобы учесть 11-летний
цикл солнечных пятен, влияющих на
качество распространения
радиоволн в этом диапазоне.
На предварительных испытаниях
применялись несколько
возбудительных и приемных систем
на платформе персонального
компьютера, созданных компанией
Thomcast для консорциума DRM.
Возбудитель может использоваться с
нелинейным передатчиком для
генерации фазовомодулированной
несущей и компоненты сигнала с
амплитудной модуляцией. На выходе
передатчика после согласованной
временной задержки фазовой
компоненты формируется OFDM-сигнал.
Приемник покрывает весь
АМ-диапазон, он выполнен в двух
вариантах: на настольном и
переносном компьютерах.
Вторая серия полевых испытаний
прошла летом 2000 г. и ограничилась
одним средневолновым и двумя
коротковолновыми передающими
центрами. Регистрация и контроль
передаваемых испытательных данных
проводились в ряде мест приема. По
каналам связи передавались
тестовые последовательности
продолжительностью 30 мин,
состоящие из серии сегментов
длительностью 4 мин. Сегменты
передавались один раз в аналоговом
формате и один раз в цифровом. Кроме
того имелись цифровые
последовательности для
тестирования канала и измерений
коэффициента ошибок. Для
диапазонов средних и коротких волн
тестовые последовательности были
разными. Данная структура тестовых
последовательностей позволяет
провести непосредственное
сравнение аналогового и цифрового
вещания, поскольку состояние
передающего канала между тестовыми
сегментами не изменяется.
Контрольные передачи велись из
города Мерлин на восточном
побережье Англии, а принимались в
немецком городе Ерланген на
расстоянии 750 км. Мощность
аналогового передатчика
составляла 250 кВт, а цифрового — 80
кВт. На аналоговых звуковых
фрагментах обнаружено влияние
интерференции и помех с изменением
времени суток. При цифровой
передаче таких проблем не
наблюдалось. Пробные передачи в
диапазоне коротких волн по
принципиальным соображениям
велись из Португалии, а принимались
в Финляндии и на Кипре. Расстояния
от мест передачи и приема примерно
одинаковы (3500 км), мощности
аналогового и цифрового
передатчиков — 250 кВт и 80 кВт
соответственно. При приеме на Кипре
сильно проявился эффект
многолучевого распространения
из-за отражения от двух разных
слоев ионосферы. Влияние
интерференции в цифровом варианте
было заметно ослаблено благодаря
более надежному режиму передачи, 16
QAM вместо 64 QAM, хорошо работающему
при приеме в Финляндии. В
диапазонах средних и коротких волн
цифровая система показала явные
преимущества по сравнению с
аналоговой.
Третья серия полевых испытаний
продолжалась с конца 2000 г. до конца
2001 г. и проводилась в тропической
зоне в коротковолновом диапазоне
на расстояния до 8000 км. О
результатах пока не сообщалось. В
2002 г. планируется организовать
пробное цифровое АМ-вещание, а в 2003
г. — начать регулярное вещание.
Другая система цифрового
радиовещания — «Эврика 147» —
успешно развивается в некоторых
странах Европы, в частности
Германии. Ее правительство
рекомендует объединить усилия
производителей программ и
вещательного оборудования, а также
автомобилестроителей и операторов
вещательных сетей, чтобы
подавляющее большинство жителей
Германии смогло принимать цифровые
радиопрограммы к 2010 г. Аналоговое
радиовещание в Германии должно
сойти со сцены в период 2010–2015 гг.
Сейчас сетевые операторы цифрового
радиовещания созданы во всех
федеральных землях, причем
правительство ориентирует каждого
оператора на расширение передающих
сетей. Результаты не заставили себя
ждать. К концу 2000 г. около 60%
населения Германии принимали
цифровые радиопрограммы. В
соответствии с планом развития, к
2004 г. предполагается 100%-ный охват
всех федеральных автодорог. А в
Баварии уже к концу 2001 г. цифровое
радио можно было принимать на всех
автодорогах.
Для дальнейшего развития системы
«Эврика 147» в Германии выделенных в
1995 г. частот оказалось
недостаточно, поэтому
рекомендуется дополнительно
выделять частоты в диапазоне III
(телевизионные каналы 5–12) в
дополнение к L-диапазону (1,5 ГГц). С
целью сокращения переходного
периода, в котором цифровые
радиопрограммы передаются
параллельно с FM-программами,
рекомендовано использовать для
цифрового вещания диапазон II (88,5–108
МГц) и 13-й телеканал.
Радиовещание в Германии
осуществляет большое число частных
и общественных местных,
региональных и национальных
радиостанций, ориентированных на
определенные группы населения. Уже
транслируется более сотни цифровых
радиопрограмм, причем многие новые
программы принимаются только по
цифровому радио. Некоторые
программные и сервисные провайдеры
для укрепления позиций на
вещательном рынке дополняют свои
текущие службы новыми услугами с
определенной музыкальной
направленностью, программами на
иностранных языках, специальными
информационными службами для
бизнеса. Вся дополнительная
информация передается
исключительно через цифровое
вещание или параллельно через
широкополосные кабели и
спутниковые каналы. Эти же
провайдеры интенсивно используют
возможности цифрового
радиовещания по передаче
программно связанной информации:
изображений студий, артистов и др.
Всё это дает основания для
уверенности в коммерческом успехе
новой службы. Немецкие провайдеры
уже осознали выгодность цифровой
платформы для развития мобильной
коммерции. По сравнению с передачей
информации через коммутируемые
сети или мобильные радиосети
цифровое радиовещание имеет ряд
следующих преимуществ:
одновременную доступность
информации в любом месте;
возможность получения информации
большим числом людей на большой
территории; постоянную связь между
передающим и приемным центрами;
возможность контроля
распределяемой информации.
Маркетинговые исследования
показали, что есть новые
возможности включения цифрового
радио в другие полезные устройства,
например, в карманный организатор
или личный помощник, чтобы
расширить информационный сервис. В
2001 г. компании-производители зонтов
совместно с операторами цифрового
радио начали проводить акцию по
информированию общественности о
новых возможностях цифрового
радиовещания. В настоящее время в
Германии продаются цифровые
радиоприемники 16 фирм, включая Sony,
Panasonic, Grundig, Blaupunkt. В дальнейшем
успехе системы «Эврика 147» Германия
будет играть ключевую роль,
поскольку ее потенциальный рынок
составляет более 80 млн человек и 42
млн автомобилей.
Рассматривая различные системы
цифрового радиовещания, нельзя не
остановиться на развиваемой в
Японии спутниковой системе Digital System
E. Она была предложена ассоциацией
радиопромышленности и бизнеса
Японии ARIB (Association of Radio Industries and
Businesses). Главные ее особенности —
кодирование с раздельным
мультиплексированием CDM и полоса
частот 2,6 ГГц. Система
разрабатывалась для спутникового
вещания и дополнительной
ретрансляции качественных
радиопрограмм и мультимедийных
данных на подвижные, портативные и
стационарные приемники в диапазоне
2630–2655 МГц. Используется CDM,
базирующаяся на модуляции QPSK с
каскадным кодированием
Рида-Соломона и сверточным
помехозащитным кодированием. В
приемниках имеются компактный
микроволновый элемент и
специальная микросхема VLSI.
Вся система Digital E состоит из
наземной станции, вещательного
спутника, наземных
узконаправленных ретрансляторов
двух типов, стационарных и
автомобильных приемников. С
наземной станции сигнал передается
на спутник в диапазоне 14 ГГц. На
спутнике он конвертируется в
диапазон 2,6 ГГц, усиливается и
передается на Землю через большую
передающую антенну. В приемниках
используется очень маленькая
антенна низкой направленности.
Главная проблема системы Digital E
связана с затенением
прямолинейного спутникового
излучения. Борьба с ним ведется
двумя методами. Первый основан на
перемежении данных для защиты от
затенений, вызываемых малыми
объектами. Такой тип затенения
характерен для автомобильного
приема и проявляется в виде
всплесков помех в принимаемом
сигнале продолжительностью около 1
с. Второй метод борьбы с
замираниями, вызываемыми
затенением от больших объектов,
основан на применении
дополнительных узконаправленных
ретрансляторов, покрывающих
затеняемые зоны.
Есть два вида ретрансляторов: без
частотного преобразования и с
частотным преобразованием. Первые
только усиливают сигнал со
спутника в диапазоне 2,6 ГГц. Чтобы
не проявлялась интерференция
сигналов ретранслятора и со
спутника, коэффициент усиления
ограничивается. В результате такой
ретранслятор охватывает зону до 500
м. Ретранслятор с преобразованием
частоты увеличивает зону охвата до
3 км. В нем сигнал с диапазона 2,6 ГГц
переносится в диапазон 11 ГГц или 12
ГГц. Применение дополнительных
ретрансляторов может привести к
эффекту многолучевого замирания в
местах, где одновременно
принимается более двух сигналов, но
технология CDM значительно повышает
стабильность приема и в таких
условиях.
В последнее время основные усилия
разработчиков были направлены на
создание специализированной
микросхемы VLSI для малогабаритных
приемников. Автомобильные
приемники предполагается
объединить с другим бортовым
оборудованием, особенно
навигационной системой GPS. В
результате водитель сможет
получить информацию, например, о
местонахождении ближайшего
ресторана «Макдональдс». Выпуск
приемников системы Digital System E для
массового потребителя намечен на
2002 г.
Заключение
Испытания системы DRM подтвердили ее
высокие качественные параметры,
причем мощность цифрового
передатчика может быть в три раза
меньше мощности аналогового
передатчика. До выхода на
регулярное вещание предстоит еще
решить вопросы динамической и
частотной обработок звукового
сигнала. Опыт цифрового вещания в
Германии по системе EUREKA 147
подтверждает перспективность и
этой системы. Система спутникового
цифрового радиовещания Digital System E,
развиваемая в Японии, выходит на
стадию практического применения.
Разработана специализированная
микросхема, позволяющая
производить малогабаритные
приемники. По этой системе
Международный союз электросвязи
принял Рекомендацию ВО.1130-3.
Ю.А.Василевский.
Интерактивные применения
цифрового телевидения
(сокрашенный
вариант)
Локальная интерактивность.
Передаваемый в пробелах
видеосигнала телетекст
используется почти всеми
передатчиками для доставки
зрителям дополнительных сведений.
При этом интерактивное
взаимодействие между приемным
аппаратом и зрителем происходит
локально. Тем не менее, вследствие
ограниченных возможностей и объема
телетекста вещательные
организации сегодня склоняются к
тому, чтобы предлагать такие
сведения на сайтах в сети Интернет.
Интерактивность с задержкой.
До некоторой степени зритель может
оказывать влияние на программу,
используя обычную почту или
телефон. В качестве средства
обратной связи достаточно широко
используется и Интернет.
Прямая (Live) интерактивность.
Высшей, хотя и трудноосуществимой
формой интерактивности является
непосредственная связь с
передачей. При этом до сих пор здесь
основную роль играет телефон. Уже
предлагается ряд дополнительных
возможностей: наряду с чисто
вербальной (голосовой) связью для
определенных случаев (главным
образом при голосованиях),
засчитывается только вызов —
звонок по определенному номеру. При
использовании многочастотных
сигналов могут проводиться простые
игры.
Если указанные виды интерактивного
взаимодействия с телезрителями
сравнить между собой, то
обнаруживается одна особенность:
за исключением телетекста,
взаимодействие обеспечивается
другими информационными
средствами. Чтобы принять
интерактивное участие в передаче,
зритель должен воспользоваться
другим средством связи. При этом
происходит «отрыв от среды» и
снижение интереса к интерактивному
предложению.
Интерактивное
взаимодействие без отрыва от среды
Чтобы отрыв от среды был незаметен
для зрителя, делаются попытки
осуществления интерактивности
непосредственно в ходе прямой
передачи. При этом зритель должен
иметь возможность манипулировать
объектами изображения, которые
определены как объекты
интерактивного взаимодействия.
Критичным аспектом
непосредственного объединения
передачи и зрителя является
обеспечение нормальной связи
передачи со зрителем. Необходимо
решить проблему синхронизации
аудиовидеосигналов и необходимых
для интерактивного взаимодействия
дополнительных данных через общую
цепь трансляции.
Комплексное интерактивное
взаимодействие
При интерактивной связи большое
количество зрителей действует на
единственный объект
интерактивного взаимодействия. Это
обуславливает высокие требования к
координации отдельных
интерактивных запросов, поскольку
между отправлением запроса и
появлением изменений в изображении
возникает некоторый промежуток
времени.
Возможны различные подходы к
решению этой проблемы:
•объединение интерактивных
действий многих зрителей в одно
общее — управляющее объектом
интерактивности;
•сериализация интерактивных
действий: поступающие
интерактивные запросы приводятся в
последовательность и реализуются
по очереди;
•блокировка, позволяющая
взаимодействовать с
заблокированным объектом только
одному зрителю (группе зрителей).
Техническая реализация.
Система в целом состоит из четырех
функциональных блоков. Исходным
компонентом является виртуальная
студия, в которой осуществляется
смешанная реальность (mixed reality)
телевизионной программы (реальный
ведущий в виртуальном комплексе).
Для вмешательства в сценарий
применяется специально
разработанная система «3DK», которая
с помощью сменной видеоплаты
предлагает разнообразные
возможности.
На приемной стороне имеется
устройство, обеспечивающее
выполнение определенных
интерактивных действий, основанное
на МНР-стандарте (мультимедийная
домашняя платформа) (рис. 1).
Программное обеспечение блока
объектов DSMCC периодически
воспроизводит поступающие данные.
Рис. 1. Внешний вид устройства интерактивного взаимодействия
В блоке воспроизведения цифровой
видеосигнал кодируется по формату
MPEG-2 с интерактивным применением,
дополнительными данными и
необходимыми таблицами,
мультиплексируется в транспортный
поток DVB и модулируется для
спутникового приема по DVB-S. RF-сигнал
вводится в приставку MHP, которая
обрабатывает изображение и звук и
идентифицирует посланное вместе с
ними интерактивное приложение. Из
потока данных отбирается
дополнительная информация об
объектах в изображении, и зритель
получает возможность
интерактивного взаимодействия.
Пожелания по взаимодействию
передаются к центральному серверу
по IP-сети.
Голосование. Зрители
могут голосовать по способу
«множественного выбора».
Поступающие ответы представляются
в студии в форме трехмерных
столбцов (рис. 2).
Особенность реализации этого
сценария состоит в том, что ответы
зрителя не интерпретируются, а
только учитываются. Поступающие
ответы являются отдельными
пожеланиями, направленными на
изменение определенных объектов в
студии. Эти пожелания собираются и
обобщаются, а возникающая в
результате обобщенная
интерактивность управляет
программным обеспечением студии
независимо от смысла этого
изменения.
 Рис. 2. Голосование |
 Рис. 3. Ведущий как пример «активной точки» |
«Активные точки». Второй пример показывает возможность простого локального интерактивного взаимодействия с объектами в студии и их интегрирования в живую передачу посредством приставки «Clickable video» («кнопочное видео»). При этом в студии выбираются объекты (как виртуальные, так и реальные), с которыми такое локальное интерактивное взаимодействие можно осуществить. При испытаниях три виртуальных объекта и ведущий представляли собой «активные точки», положение которых непрерывно передавалось на приемник с помощью дополнительной информации (рис. 3). Приемник имел возможность выбирать между этими точками с помощью указателя, имевшего форму лупы. При нажатии кнопки на пульте ДУ на экран могут выводиться информационные табло, характеризующие выбранные объекты.
Рассмотренная система была показана на выставке IFA-2001 на научно-техническом форуме TWF.
Полный текст - в № 4 журнала "ТКТ" за 2002 год
