Разрешимы ли проблемы эффективного внедрения цифрового телерадиовещания в России?

Одна из важнейших задач внедрения современных систем цифрового телерадиовещания – создание благоприятных условий для опережающего (прорывного) развития российских разработок мирового уровня в передовых направлениях развития техники и технологий. Таким направлением является отрасль телекоммуникаций, в которой, в частности, на базе современных алгоритмов цифровой обработки мультимедийной информации реализуется существенное повышение эффективности использования ограниченного природного ресурса – радиочастотного спектра.

Решение этих проблем носит системный характер и придаст новый импульс развитию высокоэффективных способов цифровой обработки и передачи видео и звуковой информации в реальном масштабе времени, созданию соответствующих приемо-передающих систем на базе использования развивающейся микроэлектроники России.

Интенсивное внедрение в мире гибридных вещательно-широкополосных систем (Integrated Broadcast-Broadband Systems), развитию которых в настоящее время особо уделяется внимание в Международном союзе электросвязи, по-видимому, обеспечат в ближайшем будущем новое качество вещания, учитывая все возможности доставки вещательного контента в различных регионах нашей огромной страны. Интегрированная сеть – это стратегическое направление развития телекоммуникаций.

Следует отметить две проблемы, без решения которых невозможно эффективное развитие российских технологий. При создании и внедрении новых систем должны быть разработаны соответствующие отечественные стандарты и созданы отечественные измерительные системы, обеспечивающие эффективность российских разработок, их производства и внедрения.

Сложилась достаточно тяжелая ситуация в реализации федеральной целевой программы «Развитие телерадиовещания в РФ на 2009-2015 годы». Эта программа технологически устарела, уже запущенные и действующие цифровые государственные телеканалы работают некачественно; полностью отсутствует технологическая концепция развития цифрового телевидения; не реализовано направление, обозначенное в федеральной целевой программе по развитию производства отечественной цифровой телерадиоаппаратуры; неверна концепция организации мультиплексов, что, безусловно, связано с отсутствием оценки возможностей высокоэффективных систем обработки контента и его передачи по системам передачи информации второго поколения.

Однако, эти утверждения являются лишь частью имеющихся проблем и практически не затрагивают техническую и политическую стороны внедрения современных систем телерадиовещания!

Среди задач в сфере массовых коммуникаций особое внимание в указанной ФЦП отводилось модернизации сети телерадиовещания Российской Федерации, включая переход на цифровое вещание и расширение вещания на страны ближнего и дальнего зарубежья, повышению адресности и увеличению разнообразия информационных услуг, разработке, внедрению и распространению новых информационных продуктов и технологий в сфере массовых коммуникаций.

Безусловно, для телевизионного вещания это относится и к стандартам ТВ вещания, соответствующим рекомендациям МСЭ – системам телевещания DVB (особо систем второго поколения DVB-S2, DVB-T2, DVB-C2), RFC – информационным документам, содержащим технические спецификации и стандарты передачи информации через Интернет. Наличие таких отечественных материалов решит множество проблем для разработчиков, производителей и эксплуатационного персонала.

Мы могли бы взять на себя обязанность подготовки соответствующих российских стандартов. Опыт создания подобных ГОСТов у нас имеется (см. текст ниже).

Следует указать на создание в Китае собственного стандарта телевизионного вещания DTMB, разработанного на основе использования уже принятых стандартов ТВ вещания ATSC, DVB и ISDB.

В настоящее время ведутся дискуссии о параметрах трех мультиплексов цифрового телевизионного вещания – по 8-9 программ в каждом. Действительно, один такой мультиплекс мог быть реализован при использовании до 2008 г. стандарта DVB-T и кодировании видеоинформации по стандарту MPEG-2. Новый стандарт второго поколения DVB-T2 [1] и стандарт видеокодирования Н.264/AVC уже могут обеспечить мультиплекс в 24 программы стандартного телевидения или 8 программ телевидения высокой четкости (рис.1).

Использование нового видеокодера Н.265/HEVC [2] (Рекомендация официально принята в МСЭ в январе 2013 г.) позволит увеличить количество программ высокой четкости в одном канале минимум до 12 [3]. Несомненно, этот новый кодер и соответствующее приемное устройство потребуется применять спустя один/два года и в нашей стране.

Программно-аппаратную систему кодирования/декодирования наш коллектив мог бы реализовать за полгода.

Другой важнейшей проблемой является практическое отсутствие в Российской Федерации методов метрологического обеспечения телерадиовещания, средств контроля и измерений качества используемой аппаратуры и передачи информации.

Метрологическая безопасность России – залог создания высококачественной аппаратуры и ее высокоэффективного использования. На современном этапе развития техники выполнение требований метрологии связано с созданием виртуальных измерительных систем на базе использования компьютерных программ, обеспечивающих анализ и организацию структур систем формирования и обработки измерительной информации. В этом направлении имеются серьезные успехи научной школы Российской Федерации [4], основанной выдающимся ученым профессором Кривошеевым Марком Иосифовичем. На рис.2 приведен внешний вид комплексов телевизионных измерительных КИ-ТВМ, КИ-ТВМ-Э (эталон) и КИ-ТВЦ, обеспечивающих генерацию эталонных измерительных сигналов и измерения параметров видео и радиосигналов аналоговых и цифровых телевизионных систем.

Коллектив наших специалистов мог бы реализовать программно-аппаратные комплексы кодирующих и измерительных систем DVB-T2 и DVB-C2.

Особо следует отметить необходимость внедрения цифровых систем кабельного телевизионного вещания, использующего частотный ресурс на вторичной основе.Иные проблемы связаны с крайне неравномерным заселением Земли, за исключением Европы и Северной Америки.

На ночном снимке из космоса (рис.3) хорошо видно, что территория Земли заселена крайне неравномерно – в частности, освещена лишь европейская часть России. Территорию нашей страны невозможно осветить цифровым телевидением в дециметровом диапазоне и, например, широкополосным доступом LTE – на каждую сосну не установить ретрансляционную базовую станцию.

Решение этих проблем, безусловно, связано с реализацией систем радиовещания.

В частности, вместо аналогового вещания в ДВ, СВ и КВ диапазонах Федеральная целевая программа предполагала внедрить систему цифрового вещания по стандарту DRM30 [5] и создать предпосылки для внедрения цифровых технологий в ОВЧ диапазоне.

Однако, все эти работы были изъяты из ФЦП, соответственно отменено и их бюджетное финансирование. Кроме того следует указать, что стандарт DRM30 уже устарел, необходимо переходить на предложенную нами модернизацию, позволяющую резко повысить эффективность канального кодирования и увеличить мощность излучаемого сигнала при увеличении кпд передатчиков.

Реализация указанных систем вещания и внедрение новых систем широкополосного доступа практически не могут решить ряд проблем, связанных с доставкой программ мультимедийного вещания по всей территории Российской Федерации.

Федеральная целевая программа предусматривала переход на системы цифрового радиовещания, но практически не было даже научного обоснования этого перехода. Тем не менее, в этот период нашим коллективом была разработана аудиовизуальная информационная система реального времени РАВИС – не имеющая мировых аналогов система цифрового мультимедийного вещания двойного применения, обеспечивающая существенно более высокую эффективность использования ОВЧ диапазона радиочастот при повышении качества передачи звука и введения новых мультимедийных сервисов, в том числе видеовещания. Эта разработка, пожалуй, единственное инновационное предложение России в телекоммуникационной сфере, признанная Международным союзом электросвязи.

Система обеспечивает:

• существенное, более чем в 10 раз, повышение эффективности использования радиовещательных полос ОВЧ диапазона частот;

• трансляцию видеопрограмм для мобильного потребителя, возможность реализации телевизионного вещания в малонаселенных пунктах при резком удешевлении системы вещания;

• создание одночастотных сетей вещания для мобильного приема вдоль шоссейных и железнодорожных путей сообщения;

• реализацию эфирных систем локального оповещения населения и организаций в условиях чрезвычайных ситуаций;

• организацию отечественного производства аппаратуры и сетей вещания РАВИС, создание рабочих мест;

• существенное (в десятки раз) снижение энергопотребления радиопередающих средств;

• использование в специальных системах и системах двойного назначения; замена устаревшей коммуникационной и вещательной техники на флоте, в армии, МВД и др. структурах.

  В основу этой системы положен патент РФ №2441321 [6], разработан и утвержден национальный стандарт ГОСТ Р 54309-2011 [7]. В настоящее время выполнены основные этапы по разработке 4-х ГОСТов на передающие и приемные устройства, формирователь контента и метрологическое обеспечение системы РАВИС.

Система РАВИС признана на международном уровне. На базе вкладов России приняты Отчеты МСЭ и СЕПТ, включающие материалы по системе РАВИС [8-14]. Особо необходимо отметить инициированный Россией новый Вопрос изучения МСЭ-Р 136/6 «Всемирный радиовещательный роуминг» [15].

Реализованное канальное кодирование в потоке до 900 кбит/с при наличии гауссовских помех обеспечивает помехоустойчивость системы практически на границе Шеннона аналогично передаче телевизионной информации по внедряемому в России стандарту DVB-T2 (Рис.4). 

Однако, в отличие от телевизионных систем и систем широкополосного доступа, используемые методы кодирования, узкополосность системы и ее организация в ОВЧ диапазоне частот гарантируют квазибезошибочный прием информации при многолучевом канале связи в городском и загородном движения приемника со скоростями 60 и 150 км/час (рис.5). 

В рамках проводимой разработки приемников системы РАВИС предусматривается автоматическое переключение на систему оповещения всего передаваемого мультиплекса радиопрограмм. В системе предусмотрено два дополнительных канала – канал звукового оповещения с использованием цифрового потока 12 кбит/с и надежный канал передачи цифровых данных и телеметрической информации в потоке 5 кбит/с.

  Система РАВИС по своим возможностям практически не имеет мировых аналогов.

Необходимо особо отметить, что важнейшим преимуществом такой цифровой системы является создание одночастотных сетей вещания вдоль шоссейных и железнодорожных трасс с синхронизацией передатчиков по сигналам ГЛОНАСС/GPS и передачей контента по оптоволоконным каналам или через геостационарный спутник, как показано на рис.6. 

В сентябре текущего года по заказу Минпромторга завершается разработка опытных образцов аппаратуры системы РАВИС – кодирующих устройств видеоинформации, многоканальных систем звуковой информации, системы оповещения, мультиплексоров и модуляторов, усилителей мощности радиопередатчиков и моделей приемных устройств.

Проблемой 2013-2014 г.г. является организация производства аппаратуры системы РАВИС и создания несколько фрагментов сети вещания – в больших и малых городах, одночастотных сетей вдоль шоссейных и железнодорожных трасс.

Выводом из данного материала является необходимость разработки новой ФЦП, обеспечивающей реализацию современных возможностей цифровых систем различных видов мультимедийного телерадиовещания.

Проблемой внедрения системы РАВИС является отсутствие заинтересованности Минкомсвязи и его предприятий в содействии организации и даже минимальном участии в финансировании единственной отечественной системы цифрового радиовещания. В заключение необходимо сообщить некоторую негативную информацию.

За период с 2008 по 2012 годы разработчиками получено письма 4-х заместителей министра связи, в которых отмечалась большая значимость проводимых работ, но отсутствие в министерстве средств на реализацию опытно-конструкторских разработок. Работы по системе РАВИС в настоящее время практически приостановлены.

Руководитель Роскомнадзора официально сообщил: «На предприятии Роскомнадзора не может быть реализована научная деятельность».

И тем не менее, мы убеждены: эффективное внедрение цифрового телерадиовещания в России осуществимо в кратчайшие сроки!

_________________

Литература:

1. European Standard ETSI EN 302 755 V1.3.1 (2012-04). Digital Video Broadcasting (DVB); Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2). 

2. ITU-T Rec. H.265 – ISO/IEC 23008-2 (MPEG-H Part 2) High Efficiency Video Coding. 2013-01.

3. Дворкович В.П., Дворкович А.В. Цифровые видеоинформационные системы (теория и практика). - М.: Техносфера, 2012. - 1008 с. 

4. Басий В.Т., Дворкович В.П., Макаров Д.Г., Латрыгин Н.М. Мониторинг качественных показателей телевизионных каналов // Труды НИИР. – 2007. - №3. С. 26 – 33

5. European Standard ETSI ES 201 980 V3.1.1 (2009-08). Digital Radio Mondiale (DRM); System Specification.

6. Патент Р. №2441321. «Способ мобильного узкополосного цифрового мультимедийного радиовещания», приоритет от 26 июля 2010 г.

7. ГОСТ Р 54309-2011. «Аудиовизуальная информационная система реального времени РАВИС. Процессы формирования кадровой структуры, канального кодирования и модуляции для системы цифрового наземного узкополосного радиовещания в ОВЧ диапазоне. Технические условия».

8. Report ITU-R BT.2049-5. Broadcasting of multimedia and data applications for mobile reception (05/2011).

9. Report ITU-R BS.2214. Planning parameters for terrestrial digital sound broadcasting systems in VHF bands (05/2011).

10. Рекомендация МСЭ-R BS.1892. Требования к усовершенствованным мультимедийным услугам цифрового наземного радиовещания в диапазонах I и II ОВЧ (05/2011).

11. ECC Report 117. Managing the transition to digital sound broadcasting in the frequency bands below 80 MHz. September 2010.

12. ECC Report 141. Future possibilities for the digitalisation of Band II (87.5 - 108 MHz). May 2010; Technical supplement to ECC Report 141. April 2012.

13. ECC Report 177. Possibilities for future terrestrial delivery of audio broadcasting services. April 2012.

14. Working Document towards a preliminary/ Draft new report ITU-R BT.[DTB]. Digital terrestrial broadcasting systems. 2013-04

15. Вопрос МСЭ-R 136/6. Всемирный радиовещательный роуминг, 2012.

Икс-медиа
Александр ДВОРКОВИЧ, Виктор ДВОРКОВИЧ