Вопросы и ответы по HDTV

HDTV (High-Definition Television) - это новый стандарт телевидения, который обеспечивает намного лучшее качество изображения по сравнению с существующими аналоговыми и цифровыми ТВ стандартами. ТВЧ (Телевидение Высокой Четкости) - то же самое, что и HDTV.

1. Что такое HDV и HD?

HD - этой абревиатурой обычно обобщают все форматы, которые так или иначе относятся к HDTV. HDV - это стандарт записи видео высокой четкости для относительно дешевых любительских видеокамер. При этом видео записывается на обычную miniDV кассету в формате MPEG2 с битрейтом 25 Мбит/c. Качество такого видео хуже, чем других HD форматов.Битрейт HDV не намного больше битрейта, с которым вещают спутниковое телевидение (25 Мбит/c у HDV против 18-19 Мбит/c у HDTV телевидения).

2. Чем HDTV отличается от стандартного телевидения?

HDTV имеет более высокое разрешение по сравнению со стандартным телевидением. Разрешение изображения стандартного телевидения равно 720x480 для системы NTSC и 720x576 для системы PAL.

Стандартые разрешения для HDTV - это 1920x1080 (1080i) и 1280x720 (720p). HDTV не имеет стандартов для передачи видео в формате 4:3 - только 16:9.

HDTV поддерживает скорость до 60 прогрессивных кадров в секунду (FPS) в то время, как стандартное телевидение поддерживает только 25/30 кадров в секунду (или 50/60 полукадров в секунду). Также HDTV поддерживает различные цифровые аудио форматы (вплоть до Dolby Digital 5.1).

3. Что означают буквы i и p (720p и 1080i)?

Существует два способа формирования изображения - прогрессивное и чересстрочное. При прогрессивном способе формирования изображении в каждом кадре есть все строки изображения, т.е., например, при частоте 30 кадров в секунду будут показаны 30 полных кадров. При чересстрочном способе передачи изображения в четных кадрах будут отображаться четные строки исходной картинки (полного кадра), в нечетных кадрах - нечетные строки. Чересстрочное изображение выглядит несколько смазано по сравнению с прогрессивным, появляются "артефакты движения", но позволяет значительно уменьшить объем передаваемой информации. Многим не нравится мерцание, создаваемое чересстрочным изображением.

Прогрессивное изображение обозначается буквой p (progressive) - видео идет со скоростью 24, 25, 30 или 60 полных кадров в секунду, например 720p. Чересстрочное изображение - обозначается буквой I (interlaced) - видео идет со скоростью 50 или 60 полукадров в секунду, например 1080i.

Старые форматы PAL, SECAM и NTSC 3.58 используют чересстрочный способ передачи информации.

Сравнение экранов HDTV и стандартного экрана

4. Насколько большая разница в качестве между DVD и HDTV?

Разница огромная, но чтобы ее увидеть нужно иметь хороший монитор (ЖК желательно 19'' или ЭЛТ 19''-21''), HDTV телевизор, проектор или плазму. На обычном телевизоре, обычной плазме и обычном проекторе вы не увидите почти никакой разницы между HDTV и DVD.

5. HDTV заменит обычное телевидение?

Да, в течений 1-2 года. Уже в некоторых странах люди уже давно смотрят передачи и фильмы в новом формате. Формат HDTV широко распространен в Японии и США. В Европе тоже есть несколько каналов, которые вещают в формате HDTV. (нас это не особо касается).

6. Что мне необходимо для просмотра HDTV фильмов?

Во-первых, для просмотра HDTV фильмов вам нужен HDTV телевизор. Это может быть HDTV плазма, ЖК телевизор или HDTV проектор. Можно смотреть и на мониторе (ЖК или ЭЛТ), но всего качества HDTV вы не увидите.Во-вторых, вам нужен плеер с поддержкой HDTV, либо мощный компьютер. Если вы хотите наслаждаться HDTV телевидением у себя дома, вам необходимо приобрести специальные ресивер, спутниковую тарелку и преобрести подписку на соответствующие каналы. Яркий пример - HDTV плазмы. Сегодня на рынке 70-80% HDTV плазм - это самые обычные плазмы со встроенным HDTV тюнером. По просту говоря, такая плазма берет качественное HDTV видео и снижает качество до стандартного разрешения. В таком случае вы просто переплачиваете производителю несколько тысяч долларов за буквы "HDTV" на корпусе плазмы.
Настоящая HDTV плазма должна иметь реальное разрешение от 1280x720 и выше. Для просмотра HDTV фильмов можно использовать HDTV проекторы. Они дешевле HDTV плазм. ЖК телевизоры также заметно дешевле плазмы - цены на них уже сейчас можно сравнивать с ценами на ЭЛТ телевизоры.HDTV фильмы можно смотреть даже на обычном ЭЛТ мониторе (желательно не меньше 19''). HDTV проекторы, ЖК панели и ЭЛТ мониторы должны поддерживать разрешения от 1280x1024 (мониторы 4:3) или 1280x768 (широкоформатные 16:9). Главный параметр мониторов для HDTV - это поддержка разрешения 1920x1080p.

7. Существуют ли форматы лучше HDTV?

Да. В США, например, некоторые каналы вещают в формате ATSC. По сути это тот же HDTV, но поддерживается формат видео 1080p. Также разрабатывается формат UHDTV, но дойдет он до нас не раньше чем через 10-20 лет . Формат UHDTV поддерживает видео с разрешением до 7680x4320.

8. Я видел в магазине HDTV плазму и качество меня не поразило - оно напоминало DVD. 

Часть HDTV плазм, которые сейчас представлены в продаже - это самые обычные плазмы со встроенным HDTV тюнером. Такая плазма может обладать HDTV -трактом обработки видео, но снижать качество до стандартного разрешения уже на самой панели. Такие плазмы практически отличаются от моделей без HDTV только в несколько раз большей ценой и буквами " HDTV " на корпусе. Еще один пример – это HDTV READY телевизоры. Аббревиатура «HDTV READY» вовсе не означает, что телевизор будет показывать HDTV. Такие телевизоры действительно могут принимать сигнал телевидения высокой четкости и… сжимать его до родного для HDTV READY разрешения 1280 на 720 пикселей (как раз то, что в Америке понимают под HDTV). Настоящее HDTV получится только на телевизорах с «родным» разрешением 1920*1080.

Еще один нюанс - HD телевизоры делятся на две группы: HDTV Upgradeable и HDTV Built-in. Первая группа может показывать HD программы только с помощью внешнего HDTV ресивера. HDTV Built-in телевизоры могут показывать HDTV каналы без дополнительного оборудования. Здесь необходимо отметить, что предполагается установка встроенного ресивера (т.е. приемника) для приема сигнала HDTV эфирного телевидения. На данный момент поймать HDTV на эфирную антенну можно только в США, Франции и Англии, это же относиться и к кабельному ТВ. В других странах можно смотреть только спутниковые HDTV каналы, поэтому покупка HDTV Built-in телевизора - это крайне неразумно.

9. Я хочу смотреть HDTV фильмы на компьютере. Что для этого нужно?

Для просмотра Intel Pentium 4 (2-4ghz), AMD 2200+ и выше, не очень старую видеокарту и монитор с разрешением от 1280x1024 (1280x768) и выше.

Я видел в магазине HDTV плазму и качество меня не поразило - оно напоминало DVD.
К сожалению в последние годы производители техники все чаще обманывают покупателей. Маркетологи открыто вешают лапшу на уши простым покупателям (consumer рынок), пытаясь продавать товары низкого качества в больших количествах.

Яркий пример - HDTV плазмы. Сегодня на рынке 70-80% HDTV плазм - это самые обычные плазмы со встроенным HDTV тюнером. По просту говоря, такая плазма берет качественное HDTV видео и снижает качество до стандартного разрешения. В таком случае вы просто переплачиваете производителю несколько тысяч долларов за буквы "HDTV" на корпусе плазмы.

Настоящая HDTV плазма должна иметь реальное разрешение от 1280x720 и выше. "Священный грааль HDTV" - это поддержка разрешения 1920x1080p.

10. У меня нет денег на плазму, но я хочу смотреть HDTV фильмы уже сейчас. Это Возможно?

Для просмотра HDTV фильмов можно использовать HDTV проекторы. Они дешевле HDTV плазм. ЖК телевизоры также заметно дешевле плазмы - цены на них уже сейчас можно сравнивать с ценами на ЭЛТ телевизоры.

HDTV фильмы можно смотреть даже на обычном ЭЛТ мониторе (желательно не меньше 19''). HDTV проекторы, ЖК панели и ЭЛТ(LCD-TFT) мониторы должны поддерживать разрешения от 1280x1024 (мониторы 4:3) или 1280x768 (широкоформатные 16:9).

11. Слышал, что происходит смена стандарта компрессии в спутниковом ТВ с MPEG2 на MPEG4. Чем отличается эти стандарты?

На данный момент большинство операторов кабельного и спутникового телевидения используют стандарт MPEG2 для передачи своих сигналов. Стандарт MPEG2 был разработан рабочей группой Moving Pictures Experts Group Международной Организации Стандартизации. MPEG2 опубликован как международный стандарт ISO/IEC 13818. Данный стандарт описывает лишь общие принципы компрессии, оставляя детали для изготовителей кодеров.

В основе алгоритма сжатия заложены особенности восприятия изображения человеком. Например, глаз человека намного лучше воспринимает градации яркости, чем цветности; градации одних цветов воспринимаются лучше, других - хуже.

Кроме того, чаще всего на экране показывается неподвижный фон и несколько движущихся объектов. Поэтому достаточно лишь передать информацию о базовом кадре, а затем передавать кадры, содержащие информацию о движущихся объектах.

Еще один принцип, который применяется при компрессии изображения в стандарте MPEG2 - это отбрасывание малозначимой информации, аналогичный принципам, используемым в графическом формате JPEG.

Совершенствование видео кодеков формата MPEG2 привело к тому, что сейчас для передачи изображения требуется канал с пропускной способностью в 2 раза меньше, чем в начале эры цифрового вещания. С течением времени стало очевидным, что новые разработки позволяют значительно уменьшить объем передаваемой информации, но они не соответствуют существующему формату MPEG2. Поэтому перед специалистами встала задача разработки более универсального и соответствующего современным технологиям стандарта.

Для цифрового спутникового телевидения, использующего MPEG2, с разрешением 720 на 576 точек максимальная скорость информационного потока 15 Мбит/сек, а практически используемая скорость потока - 3-4 Мбит/сек. На одном транспондере (приемнике - передатчике) на спутнике обычно умещается 8-12 каналов.

Поскольку HDTV предполагает разрешение 1920 на 1080 точек, т.е. площадь экрана в 5 раз больше по сравнению с обычным телевидением, то для вещания одного канала HDTV в стандарте MPEG2 потребовалось бы арендовать половину транспондера.

Новым шагом в развитии алгоритмов сжатия изображения стал стандарт MPEG4. Идея стандарта MPEG4 заключается не в стандартизации одного продукта, а объединении нескольких подстандартов из которых поставщики могут выбрать один, наиболее соответствующий их задачам.

Наиболее важные подстандарты:

• ISO 14496-1 (Системы), формат контейнера MP4, анимация/интерактивность (например, DVD меню)
• ISO 14496-2 (Видео #1), Продвинутый Простой Профайл ( Advanced Simple Profile - ASP)
• ISO 14496-3 (Аудио), Продвинутое Кодирование Аудио ( Advanced Audio Coding - AAC)
• ISO 14496-10 (Видео #2), Продвинутое Кодирование Видео ( Advanced Video Coding - AVC), так же известное как H.264.

Совместное применение DVB-S2 (усовершенствованный стандарт цифровой передачи данных) и H.264 позволяет разместить 6-8 каналов в транспондере, но уже HDTV телевидения. Необходимо отметить, что как всегда увеличение качества не проходит бесплатно: значительно возросло количество вычислений как в приемниках так и на передающем оборудовании. К сожалению, это в значительной степени повлияло на стоимость оборудования для потребителей и для вещателей.

12. Что такое HDMI?

HDMI - High Definition Multimedia Interface - это стандарт интерфейса для передачи несжатых аудио и видео данных в цифровой форме. HDMI представляет собой интерфейс для соединения источников цифрового аудио и видео c устройствами отображения и цифровыми ресиверами и усилителями звука. Кабель HDMI предназначен для соединения ресиверов, плееров, рекордеров, видеокарт с телевизорами и домашними кинотеатрами.

HDMI позволяет передавать видео как стандартного разрешения, так и высокой чёткости, а также передавать многоканальный звук. HDMI инвариантен к источнику цифрового видео, поскольку стандарты ATSC, DVB-T, DVB-S, DVB-C служат лишь для передачи, а HD-DVD, BlueRay, DVD для хранения сжатых потоков MPEG или H.264, которые обрабатываются декодером, с выхода которого, посредством HDMI, несжатые цифровые потоки видео и звука передаются устройствам отображения.

При передаче по кабелю HDMI данные видео и звука кодируются методом TMDS. Данные интерфейс позволяет передавать 8-канальный звук в несжатой форме, а начиная с версии HDMI 1.2 и до 8-каналов однобитного (1-bit) звука (это формат звука, применяемый в дисках Super-Audio CD). Поскольку в HDMI передается и видео и звук, то его смело можно назвать "цифровым SCARTом".

Уже на настоящий момент в данном интерфейсе можно выделить несколько технологических уровней, описываемых последовательными версиями стандарта, а также несколько типов используемых коннекторов-соединителей.

Типы соединений

На сегодня есть три типа соединителей: Type A, Type B и mini:

• Коннектор HDMI Type A имеет 19 контактов, Коннектор Type B имеет 29 контактов
• Type B имеет расширенный видеоканал и позволяет подсоединять устройства с разрешением, большим, чем 1080p
• Type A обратно совместим со стандартом соединения DVI-D Single Link, который используется в большинстве современных видеокарт и компьютерных мониторов. Таким образом, источник DVI-D можно подключить к HDMI панели или монитору через специальный переходник, а устройство-источник HDMI к монитору DVI-D. Но в последнем случае не будет передаваться звук (т.к. DVI его не поддерживает). Кроме того, если нет поддержки HDCP, то источник может либо изменить качество выводимого сигнала (например, деградировать его из ТВЧ в стандартное разрешение), либо не выводить вообще. Практически все HDMI устройства поддерживают HDCP, но многие DVI устройства HDCP не поддерживают. По аналогии, Type B обратно совместим с DVI-D Dual Link.

Канал TMDS

• передача данных видео, звука и служебных;
• метод передачи: В соответствии со спецификацией DVI 1.0; Type A: раздел Single-Link, Type B: раздел Dual Link;
• частота передачи пикселов видео: Type A : от 25 МГц до 165 МГц, Type B : от 25 МГц до 330 МГц;
• при передаче видеоформатов, частота выборки которых ниже 25 МГц (например, 13,5 МГц NTSC/480i) данные передаются по схеме повторения пикселов. Передается до 24 бит на пиксел в не зависимости от частоты выборки, вплоть до 1080p 60 Гц;
• тип кодирования пикселов: RGB 4:4:4 , YCrCb 4:4:4 (8 бит: 8 бит: 8бит), YCrCb 4:2:2 (12 бит, 6 бит, 6 бит);
• частота дискретизации звука: 32 кГц, 44,1 кГц, 48 кГц, 88,2 кГц, 96 кГц, 176,4 кГц, 192 кГц;
• число каналов звука: до 8.

Канал DDC (Display Data Channel)

• служит для передачи источнику сигнала технической информации об устройстве отображения;
• передача данных по шине I2C с частотой тактования 100 кГц;
• формат данных E-EDID по спецификациям EIA/CEA-861B и VESA Enhanced EDID (v 1.3).

13. Что такое HDCP?

HDCP (High-Bandwidth Digital Content Protection) - это протокол защиты широкополосных цифровых данных- это один из вариантов системы управления правами доступа к цифровым данным (DRM). HDCP разработан корпорацией Intel для управления доступом к данным аудио и видео, передаваемым по интерфейсам DVI и HDMI.

HDCP является частной разработкой, а за его использование необходимо производить лицензионные отчисления.

Лицензированием занимается Digital Content Protection LLC дочернее подразделение Intel. Помимо собственно уплаты отчислений, производитель подписывает соглашение, в котором содержатся требования по ограничению качества сигналов производимых продуктов. К примеру, если в сигнале есть соответствующее требование, то видео телевидения высокой чёткости (HDTV) может выводиться только в DVD качестве (720*576) через выходы, не поддерживающие HDCP. В этом же случае аудио на цифровых аудио выходах ограничивается DAT качеством (48 кГц, 16 бит), но ограничения по качеству не распространяются на аналоговые звуковые выходы. Помимо этого, производители должны предусматривать технические средства ограничения записи цифровых потоков, если содержится запрет на их копирование.

Основной целью HDCP является предотвращение передачи нешифрованных данных аудио и видео высокой четкости. Для этого имеются три системы:

• Специальный протокол аутентификации, который не позволяет не сертифицированным устройствам получать контент высокой четкости;
• Шифрование передаваемых по DVI или HDMI данных предотвращает как прямое копирование, так и "подслушивание" данных. Также исключается возможность атаки "третьим лицом".
• Алгоритм аннулирования ключей в HDCP позволяет сравнительно просто блокировать передачу контента HDTV на устройства нарушивших соглашения производителей.

Каждое устройство с поддержкой HDCP имеет уникальный набор ключей: 40 шт. по 56 бит. Эти ключи секретны, а любое их разглашение или вскрытие является нарушением лицензионного соглашения. Каждому набору ключей сопоставляется специальный ключа KSV (key-selection vector, вектор выбора ключа). В каждом KSV ровно 20 битов имеют значение 0 и еще 20 битов имеют значение 1.

Во время аутентификации обе стороны (например, ТВ и ресивер) обмениваются ключами KSV. Затем каждое устройство суммирует свои секретные ключи в соответствии с битами KSV от другого устройства. Если бит KSV равен единице, то соответствующий секретный ключ используется, если нулю, то не используется. И секретные ключи, и KSV составлены таким образом, что в результате этого процесса оба устройства получат одинаковое 56-битное число. Это число далее используется для шифрования.

В HDCP шифрование производится поточным шифром. К битам каждого пикселя применяется операция XOR с некоторым 24-битным числом, которое генерируется специальным устройством. В алгоритм заложена смена ключей после каждого кадра.

В случае, если некоторая модель будет считаться нарушившей соглашение, то ее KSV помещается в список аннулирования. Этот список записывается, например, на все новые диски. Каждый список аннулирования подписывается цифровой подписью на основе алгоритма DSA. Это требуется, чтобы отсечь попытки внесения в такие листы легитимных моделей злоумышленниками. Во время аутентификации, если источник сигнала обнаруживает, что KSV подключенного к нему устройства есть в списке аннулирования, то он просто не устанавливает с ним соединения и не передает данные высокой четкости.

14. Что такое DVB-S2?

DVB-S2 – это стандарт вещания спутникового сигнала, может использоваться со стандартом компрессии как MPEG-4 (H.264), так и MPEG-2, а также с потоками медиаданных. Стандарт DVB-S2 , принят летом 2004 г. и является дальнейшим развитием стандарта DVB-S. Принятые в нем улучшения позволяют на 30% повысить эффективность использования полосы и добиться отношения несущая/шум -2…+16 дБ.

Стандарт DVB-S2 характеризуется более надежным приемом сигнала и лучшей спектральной эффективностью в пределах той же полосы пропускания по-сравнению с DVB-S. Стандарт DVB-S2 позволяет вещателям не только улучшать существующие услуги, но и создавать новые каналы в пределах той же полосы частот с той же платой за спектр.

Основным достоинством нового стандарта является возможность значительной экономии спутникового частотного ресурса при передаче ТВ программ. Реализация этой возможности осуществляется за счет использования новых видов модуляций - 16 APSK, 32 APSK и типа помехоустойчивого кодирования (стандарт DVB-S основан на использовании QPSK модуляции). Стандарт DVB-S2 дает возможность адаптироваться к потоку данных за счет того, что позволяет назначить каждой программе в потоке свои FEC и тип модуляции. Также важным достоинством нового стандарта является тот факт, что при работе с модуляцией BPSK можно будет принимать программу с уровнем сигнала меньше уровня шумов.