Новые этапы развития систем цифрового звукового вещания

Новые этапы развития систем цифрового звукового вещания

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ЦИФРОВОГО ЗВУКОВОГО ВЕЩАНИЯ ПОЗВОЛЯЮТ ПЕРЕДАВАТЬ СОПРОВОЖДАЮЩУЮ ИНФОРМАЦИЮ, ВКЛЮЧАЯ МАЛОКАДРОВЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ. ОДНОВРЕМЕННО РАЗВИВАЮТСЯ ТАКИЕ НОВЫЕ ФОРМЫ ВЕЩАНИЯ, КАК ИНТЕРНЕТ-ВЕЩАНИЕ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПЕРСОНАЛИЗАЦИЮ КОНТЕНТА ЗА СЧЕТ ИНТЕРАКТИВНОСТИ.

Зелевич Е.П.,

профессор ИПК МТУСИ

Новые системы наземного и спутникового цифрового вещания предусматривают наращивание мультимедийных возможностей за счет их высоких качественных показателей при наличии обратного канала. Таким образом, можно говорить о сращивании различных технологий вещания на основе интерактивной мультимедийности и об интеллектуализации эфира.

Наземное цифровое радиовещание еще в конце XX в. перешло из стадии экспериментов в вещание на постоянной основе. Например, цифровое радиовещание стало общедоступным в Англии и Швеции в 1995 г., однако в настоящее время число слушателей программ ЦРВ в Европе не превысило нескольких сот тысяч. Например, только в Англии более 24 млн человек могут пополнить аудиторию цифрового радиовещания, так как их до-

4. Terrestrial transmitter

Рис. 1. Комбинированная наземно-спутниковая система ЦРВ:

1 — коллективный приемник; 2 — мобильный приемник; 3 — переносной приемник;

4 — ретранслятор; 5 — локальный ретранслятор; 6 — ретранслятор; 7 — наземная станция

ма в той или иной форме снабжены необходимым оборудованием, и в этих условиях можно ожидать увеличения числа слушателей цифровых программ, количество которых непрерывно растет. Однако следует учитывать, что первоначально проекты ЦРВ-ве-щания были ориентированы на слушателей в автомобилях.

В США спутниковое цифровое радиовещание функционирует уже более 5 лет и в настоящее время установлено 2,5 млн автомобильных приемников, обеспечивающих прием 100 каналов [1,2,3].

В европейских странах также началась практическая цифровизация СЧ, НЧ, и ВЧ-диапазонов на основе стандарта Р1Ш с перспективой применения в международном, национальном и локальном вещании [4,6].

К настоящему времени международными организациями определены сроки вытеснения аналоговых форм вещания цифровым радиовещанием, при этом внедрение новых систем будет происходить параллельно с функционированием существующих аналоговых.

В какой форме программы цифрового радиовещания доставляются слушателям? Каковы отличительные особенности и новые возможности систем цифрового радиовещания?

В настоящее время стандартизирован ряд систем наземного, спутникового и комбинированного цифрового радиовещания, внедрение которых расширяется [7].

Цифровая система А (проект "Эврика-147") является полностью проработанной системой ЦРВ, обеспечивающей передачу звука и информации в рамках наземной сети. Она развивается на основе рекомендаций 1111-1? ^ес.ВБЛ 114). Система начала функционировать в Европе в 1995 г. и в настоящее время ею охвачено более 30 стран в разных ча-

стях мира. Из систем наземного цифрового звукового вещания в настоящее время практически внедряется лишь европейская система Т-РАВ, на которую и следует ориентироваться в первую очередь. Она не является просто новой системой, обеспечивающей, при эффективном использовании спектра, мобильный прием звуковых программ высшего класса качества, а открывает новые возможности для предоставления абсолютно новых услуг. Например, передачи будут сопровождаться дополнительной информацией в виде неподвижных и графических изображений, текста — что повысит информационное содержание программ. Такими сигналами могут быть данные, связанные со звуковой программой, например, сведения о жанре передачи, имена исполнителей, авторов и т.д. Кроме того, эта система обеспечивает возможность передачи в комплексном мультиплексированном цифровом потоке сигналов множества различных служб (сведения о дорожном трафике, биржевых курсах, погоде и т.п). Объем этих данных может меняться по желанию вещателя в обмен на объем кодированного звукового сигнала.

Сигналы системы цифрового звукового радиовещания, созданной в рамках международного проекта "Эврика-147", могут быть приняты на мобильные или стационарные приемники, оборудованные ненаправленными антеннами. Эта система может работать на любой частоте в диапазоне от 30 Мгц до 3 Ггц при мобильном приеме, а для стационарного приема могут быть использованы более высокие частоты. Система может применяться в спутниковых, наземных и комбинированных вариантах, например, спутниковое вещание с вспомогательными наземными сетями распределения программ, а также в кабельных радиовещательных сетях (рис.1) [9]. При передаче звуковых программ скорость передачи звука может меняться от 8 до 340 кбит/с, что позволяет сформировать цифровой поток для передачи от 5-6 стереопрограмм высшего класса качества до 20 монофонических программ с более низким уровнем качества.

Несмотря на перечисленные достоинства системы, ее развитие идет низкими темпами. Это объясняется тем, что имеется значительная конкуренция со стороны вещателей, устойчиво работающих в сети УКВ- ЧМ-веща-ния, где обеспечивается качество звучания, близкое к компакт-диску, но с меньшими затратами. Системы цифрового радиовещания не позволяют осуществлять персональное вещание программ и требуют формирования

программного блока от 5 программ и выше. В итоге на практике перечисленные недостатки перевесили такие несомненные преимущества стандарта, как возможность создания одночастотной сети вещания и универсальность.

Возможности функционирования спутникового варианта цифровой системы А, созданной также по проекту "Эврика-147", были продемонстрированы еще в 1988 г. в Женеве на экспериментальной линии. Она была запущена в реальную эксплуатацию в 1996 г. в диапазоне 1,5 ГГц под первоначальным названием "Ме^а51аг", а в 1999 г. проект был возобновлен под названием "Глобальное радио". Система, предусмотренная этим проектом, обеспечивает обслуживание европейских стран с помощью четырех спутников.

Спутниковая цифровая система Рб, реализованная в рамках проекта WorldSpаce, в настоящее время успешно функционирует. Цифровая система РЬ является гибридной наземно-спутниковой системой, опирающейся на спутниковый сегмент системы WorldSpace и наземные одночастотные сети в Ирландии, Германии и Претории. Спутниковые сегменты систем Рб и РЬ базируются на основе рекомендаций ГГ11-1?

(1?ес.ВО.1130), его наземные компоненты включены в рекомендации BS.1547.

Концепция системы WorldSpace, в основном ориентированной на развивающийся мир, первоначальной принималась далеко не всеми крупнейшими радиовещательными компаниями. Особые возражения вызывало то, что с технической точки зрения предлагаемая система несовместима с европейской системой цифрового радиовещания. Некоторые эксперты не видели возможности производства недорогих двух-режимных радиоприемников, подходящих для приема программ WorldSpace и наземной системы цифрового радиовещания. Однако этот факт являлся лишь одним из уровней неопределенности при создании принципиально новой системы радиовещания, учитывая, что речь шла о сфере, где всегда присутствуют сомнения производителей в немедленном интересе потребителей. По мере развертывания системы были сделаны некоторые важные технические дополнения. Первоначально идеология системы WorldSpace предполагала выполнение обработки сигналов исключительно на борту, что повышает риск отказа системы в целом. В окончательном варианте были предусмотрены как режим обработки блока сигналов аппаратурой ретранслятора, так и вариант его работы в режиме транспондера (рис. 2). На случай полного отказа одного из спутников системы

WorldSpace подготовлен резервный борт.

Эквивалентная скорость передачи информации по линии "вверх" для базовых каналов составляет 16 кбит/с. Одна программа может формироваться на основе 2-8 базовых каналов. На борту спутника 96 базовых каналов формируются в один поток данных, передаваемых по линии "вниз" с общей скоростью передачи данных 1536 Мбит/с в каждом из 3-х лучей одного ретранслятора. Достижимая величина коэффициента ошибок соответствует не только требованиям передачи высококачественного звука, но и достаточна для мультимедийных применений. Для обеспечения функционирования всевозможных служб каждый спутник может предоставить возможности передачи 288 звуковых программ с потоком данных 32 кбит/с в каждой. Количество программ зависит от числа базовых каналов, использованных для формирования каждой из программ, входящих в общий пакет. Расположение сервисных компонентов и их объем в составе каждой из программ полностью находится под контролем радиовещателей.

Ожидаемое качество приема программ также являлось темой для дебатов. Возникали вопросы: достаточна ли выбранная мощность ретранслятора для того, чтобы обеспечить прием в помещениях городских построек; насколько успешно система будет бороться с эффектом затенения сигналов деревьями и отражениями от зданий и т.п. В настоящее время можно констатировать, что в целом система WorldSpace функционирует успешно, обеспечивая возможность многопрограммного приема (на период опытной эксплуатации со свободным доступом), в том числе и на территории России. Однако нельзя не отметить, что в наших широтах прием в помещениях затруднен, а для пользования приемниками, которые непрерывно совершенствуются, нужен определенный опыт для их ориентирования на спутники.

Успешная эксплуатация системы ЦРВ по проекту "Эврика-147" и ее модификаций привели специалистов к выводу о необходимости внедрения цифровых методов передачи хорошо известных слушателям НЧ, СЧ и ВЧ-диапазонах. В этих диапазонах качество приема является неудовлетворительным, что объясняется как свойствами используемого типа модуляции, так и наличием высокого уровня различных помех. Внедрение цифровой технологии в указанных выше диапазонах весьма актуально с учетом того, что к концу ХХ в. население в мире имело более 2 млрд радиоприемников, обеспечивающих

Рис. 2. Бортовой ретранслятор системы WorldSpace

прием передаваемых в них программ. Это послужило основанием для создания в 1996 г. в Париже международного консорциума Digital Radio Mondiale, объединившего усилия коллективов специалистов, занимающихся созданием унифицированной международной системы ЦРВ для аналоговых "традиционных" диапазонов.

Целесообразность внедрения системы ЦРВ в НЧ, СЧ и ВЧ-диапазонах обосновывается также тем, что их внедрение в УКВ-диапазо-не, где основным источником финансирования являются рекламодатели, переход на цифровые формы вещания является затрудненным. Кроме того, произошло разделение слушательской аудитории: автомобилисты предпочитают в основном ОВЧ-ЧМ станции, а остальная часть населения настраивается на программы, передаваемые с амплитудной модуляцией в НЧ и СЧ-диапазонах.

В системе DRM может быть обеспечена передача до 4 потоков аудиоцифровой информации. При этом плотность размещения несущих чрезвычайно высока при ширине частотной полосы диапазона 10 КГц. Для обеспечения функционирования системы в режимах земной волны или при приеме отраженных от атмосферных неоднородностей сигналов поддерживаются 3 различных режима работы. Во всех режимах может быть обеспечена передача цифровых потоков с использованием либо однородной системы защиты от ошибок, в которой обеспечивается равный уровень защиты всей цифровой информации, ли-

бо неоднородная система от ошибок, при использовании которой наиболее критичным информационным блокам может быть обеспечен повышенный уровень защиты.

Передача данных в системе организована по фреймам и каналам, при этом можно выделить MSC — главный служебный канал (включает звуковую и цифровую информацию), FAC — канал с оперативным доступом (передает код станции, вид программы и сигналы для управления работой декодера в режиме перемежения) и SDC — канал со служебными характеристиками (передает управляющие сигналы для звукового декодера, описывает набор обеспечиваемых сервисов, а также дополнительные несущие с дублирующей программной информацией). Дополнительно может быть применено иерархическое кодирование для поддержания режима, при котором мультиплексор одновременную обеспечивает передачу двух потоков данных, которые различаются способом модуляции.

В системе DRM применена передавая технология, названная SBR — восстановление спектра сигнала, которая дополняет кодирование аудиоисточника. Перед низкочастотным ограничением ширины полосы передаваемого сигнала формируется необходимая информация об исключаемом участке спектра, которая передается в виде дополнительной информации. После декодирования в приемнике исходный частотный диапазон аудиосигнала восстанавливается с использованием этой информации.

При подготовке стандарта DRM рассматривались проекты с многочастотной и одночастотной модуляцией. В настоящее время EBU принят многочастотный стандарт DRM, который продолжает совершенствоваться. Не исключено, что могут появиться дополнительные версии стандарта DRM, в частности, с одночастотным вариантом (по аналогии с развитием серии стандартов, начало которым положил проект "Эврика-147"). В частности, сигналы одночастотной системы, предлагаемой Deutshe Telekom AG, с использованием модуляции APSK, менее подвержены влиянию параметров тракта передатчика. Анализ передачи на единой несущей для передатчика выглядит весьма благоприятным. При передаче на множестве несущих передатчик должен обеспечивать высокую пиковую мощность, что означает более низкую эффективность его работы и увеличивающееся влияние нелинейности тракта на передаваемый сигнал. Такая система имеет преимущества в каналах без замирания сигналов, где можно обойтись без эквалайзера, что существенно упрощает приемник и может оказаться решающим фактором на начальных этапах введения цифрового вещания.

Наряду с созданием принципиально новых цифровых передатчиков имеются реальные возможности перевода существующих НЧ, СЧ и ВЧ-передатчиков в цифровой режим работы, что было продемонстрировано при проведении испытаний системы DRM в России. При этом необходима минимизация влияния реальньх трактов и нелинейности характеристик передающего оборудования на сигнал ЦРВ. Необходима также оптимизация излучаемой мощности, которая по предварительным оценкам при той же обслуживаемой территории может составлять до одной десятой от мощности, необходимой при работе в режиме амплитудной модуляции с двумя боковыми полосами частот. Вместе с тем нельзя не отметить, что такой прогноз может оказаться излишне оптимистичным, так как условия распространения сигнала могут сложиться таким образом, что в течение суток и более цифровые радиоприемники не будут функционировать из-за неблагоприятного отношения "сигнал-шум". В результате этого вместо привычного затрудненного шумами восприятия программ слушатель будет наблюдать индикацию занижения уровня приема.

Несомненным достоинством стандарта DRM является возможность постепенного перевода парка приемников на цифровой режим работы, в течение которого будет производиться одновременно как цифровое, так и

традиционное аналоговое вещание каждой программы.

Зарубежные радиовещательные компании в большей степени готовы к переходу на цифровое радиовещание в НЧ, СЧ и ВЧ-диапа-зонах, так как используемые передатчики предполагают возможность работы в однополосном режиме и достаточно просто переводятся в комбинированный режим функционирования с передачей цифрового сигнала и поддержкой существующего аналогового вещания. В силу особенностей отечественных радиопередатчиков целесообразно продолжать аналоговое вещание в существующем объеме и параллельно развертывать радиовещание в цифровой форме в свободных частотных полосах.

Системы цифрового радиовещания в "традиционных" АМ-диапазонах по дальности распространения сигнала конкурируют со спутниковыми, что особенно важно для России с ее обширной территорией и низкой плотностью населения в отдельных регионах. В отличие от спутниковых систем цифрового радиовещания, прием сигналов которых в помещениях может быть затруднен и требует установки систем коллективного приема, прием программ, передаваемых системой Р1?М, может быть обеспечен практически повсеместно.

В настоящее время система Р1?М является одной из наиболее проработанных и испытанных за рубежом и в России систем с возможностью реального внедрения в ближайшей перспективе. Широкому внедрению системы радиовещания по стандарту Р1?М должны предшествовать полные исследования условий распространения сигналов во всех "традиционных" диапазонах и для возможных геофизических условий. Для ее развития в России необходимо сформировать перспективный план перераспределения полос частот, высвобождающихся в результате перехода от аналогового к цифровому вещанию, а также пакет документов, регламентирующих условия доступа к ресурсу спектра.

В октябре 2007 г. в России (Москва) состоялся международный симпозиум по цифровому радиовещанию Р1?М, на котором состоялась презентация отечественных приемников (г. Сарапул) радиосигналов, излучаемых в формате Р1?М в "традиционных" аналоговых диапазонах, с наглядной демонстрацией их функционирования в ходе передачи программы РГРК "Голос России" из г. Талдом.

Обсуждая цифровые системы радиовещания, нельзя не упомянуть об абсолютно новой форме распространения программ радиове-

щания, предоставляемой технологиями Интернета. Перенос радиовещания в Интернет приводит к тому, что радиовещание претерпевает трансформацию, которая заключается в появлении визуального ряда и интерактивности. Именно в Интернете реализуются все инновации, сопровождающие процесс цифрового радиовещания, в частности интерактивность, возможность заказа тематических подборок с помощью программы "Навигатор", отслеживающей выбранную слушателем тематику в сетке различных вещателей. Однако в Интернете теряется, может быть, самое основное достоинство цифрового радиовещания, заключающееся в обеспечении получения музыкальных программ с качеством компакт-диска.

Словосочетание "радио в Интернете" звучит парадоксально, так как традиционное радиовещание связано с отсутствием визуального ряда и информация предоставляется исключительно в звуковой форме. Интернет же, напротив, в первую очередь ассоциируется с наличием текста и изображения. Интернет ближе к печатным изданиям, чем к радиовещанию.

Радиовещание не предполагает быстрого отклика слушателей и возможности выбора в рамках одной радиостанции одномоментно разных передач. Слушатель в определенной заранее последовательности получает то, что ему предлагается в сетке вещания канала. Интернет же, наоборот, по сути своей вариативен и основан на обратной связи.

Прямое применение Интернета для трансляции эфирного вещания интересно только с позиций возможности доступа к программам любой радиостанции в мире. Однако в таком случае это просто канал распространения, который никак не влияет на содержание.

Перенос радиовещания в Интернет приводит к тому, что радио претерпевает трансформацию. Обеспечение возможностей перемещения по сайту, наличие не только звуковой, но и изобразительной, текстовой и даже видеоинформации, широта выбора позволяют говорить о радио в Интернете как о мультимедийном ресурсе нового поколения.

Интернет — среда с особыми, отличающимися от радио, принципами формирования содержательной части, характеризующимися многовариантностью с ориентацией на конкретного пользователя. В то же время для радиокомпании Интернет является дополнительным каналом передачи информации с мультимедийными возможностями.

Существенной проблемой является отличие слушательской аудитории, например, та-

кой информационной станции как "Маяк" от аудитории пользователей Интернета. Учитывая потребности тех слушателей, которые широко пользуются Интернетом, следует готовить материалы таким образом, чтобы не утрачивалась связь с радиостанцией-созда-телем сайта [8].

Для расширения доступности Интернет-приемников им должен быть придан привычный для пользователей вид, а слушатель не должен задумываться о путях получения программ в Интернет. Доставка высококачественных программ слушателям возможна на основе Интернет-протоколов нового поколения. Интернет-вещание позволяет реализовать "отложенный" спрос на программы, так как они аккумулируются в соответствующих базах данных. Именно совмещение DAB и Интернет-приемников, в том числе с беспроводным доступом, может способствовать увеличению числа слушателей программ цифрового вещания [10,11].

Литература

1. Хлебников В.И. О цифровизации государственного вещания.- ИнформКУРЬЕРсвязь. — 2003. — № 4, апрель. — С. 4-5.

2. Симонов М.М. Рынок вещания России: в преддверии цифровизации//ИнформКУРЬЕРсвязь. — 2003. — № 4. — С. 33-36.

3. Зубарев Ю.Б. Спутниковое многопрограммное цифровое радиовещание — задачи и перспек-тивы//Электросвязь. — 2003. — № 11. — С. 34-35.

4. Зубарев Ю.Б., Е.П.Зелевич, М.СПетров. Перспективы развития звукового вещания в Рос-сии//Электросвязь. — 2002. — № 3. — С. 2-4.

5. Зелевич Е.П. Цифровое радиовещание становится глобальным//Техника средств связи. Broadcasting. — 1998. — № 5. — С. 90-93.

6. Зелевич Е.П. Прогресс цифрового радиовещания в НЧ-, СЧ- и ВЧ-диапазонах//Техника средств связи. Broadcasting. — 1999. — № 2. — С. 18-22.

7. Павлов В.И. Фундамент цифрового телера-диовещания//ИнформКУРЬЕРсвязь. — 2003. — № 4. — С. 37-41.

8. Жаров В.Х. Радио в Интернете — проблемы и перспективы//Телевидение и радиовещание. Broadcasting. — 2003. — № 3. — С. 44-47.

9. Зелевич Е.П., Мишенков С.Л., Павлюк В.В. Вопросы реализации комбинированной системы цифрового радиовещания//2-я Международная конференция "Спутниковая связь": Тезисы докладов. — Москва, 23-27 сентября, 1996 г. — С. 67-68.

10. Plankenbuhler R. Multimedia Data Services in DAB. Proc.4th Intern. DAB Symposium. Singapore, Jan. 1999.

11. CampanelleJoseph. The WorldSpace Satellite-to-Radio, Multimedia Broadcast System: A Technical Overview. American Instit. Of Aeronautics & Astronautics (AIAA-96-1165-CP) 1996.