Тема мобильного телевидения не нова. Однако за последний год она приобрела новые очертания. В процессе внедрения этого сервиса происходит всё более тесное взаимодействие между телевещателями, операторами мобильной связи и создателями теле- и аудиопрограмм. По всему миру разворачиваться проекты внедрения услуг мобильного телевидения, причём на основе нескольких технологий. И, наконец, на начало 2006 года есть яркий пример внедрения услуг мобильного телевидения на коммерческой основе.

Статья основана на материалах секции «Мобильное телевидение», сопровождавшей седьмую международную выставку и конференцию CSTB (Cable Satelite Television Broadband) по кабельному и спутниковому телевидению, телерадиовещанию и широкополосному доступу. Выставка прошла 6-9 февраля 2006 года в Москве, в культурно-выставочном центре «Сокольники», при поддержке Министерства культуры и средств массовых коммуникаций Российской Федерации и Международной Ассоциации Производителей Вещательного оборудования (IABM). Организаторами выступила компания «Мидэкспо – выставки и ярмарки» и Ассоциация Кабельного Телевидения России, со-организатором конференции – IBC (International Broadcasting Convention), крупнейшая международная выставка в Европе. Генеральные информационные спонсоры – издательства «Телеспутник» и «625».

От DVB-T к DVB-H

Первые европейские проекты мобильного телевидения Motivate (Mobile Television and Innovative Receivers) и MCP (Multimedia Car Platform) относятся к 2000 и 2002 годам соответственно. Их целью были исследования возможностей мобильного приёма сигнала европейского стандарта цифрового телевидения DVB-T (Digital Video Bradcasting-Terristrial). Примерно в это же время в Сингапуре телевизионные приёмники для приёма сигнала стандарта DVB-T появились в общественном транспорте, а в Германии была организована сеть для приёма сигнала в автомобилях.

Россия также приняла участие во внедрении мобильного телевидения. Три года назад в Москве стартовал проект цифрового телевещания в стандарте DVB-T на телевизионные приёмники, установленные в автомобилях. Проект предшествовал распоряжению Правительства Российской Федерации от 25 мая 2004 года №706-Р: «Признать целесообразным внедрение в Российской Федерации европейского стандарта цифрового телевидения DVB-T».

Проекты мобильного телевидения на основе DVB-T ориентированы на телевизионные приемники с большим экраном и стационарным питанием. При этом надёжный приём сигнала в автомобиле осуществляется при скорости транспортного потока примерно 10 Мбит/с, и абоненту предоставляется 3-4 телевизионные программы при скорости передачи данных одной программы примерно 3 Мбит/с. Однако если экран небольшой и сравним с экранами карманных компьютеров и мобильных телефонов, то, очевидно, можно предоставить значительно больше телевизионных программ при прочих равных условиях. При этом скорость передачи для одной телевизионной программы может быть значительно уменьшена и составлять 200-500 кбит/с. В результате, при общей скорости транспортного потока 10 Мбит/с, получаем возможность трансляции 20-50 телевизионных программ. И, кроме того, почему только телевизионных? Почему в одном цифровом транспортном потоке вместе с телепрограммами не передавать аудипрограммы и данные (компьютерные файлы), упакованные в IP пакеты? Такими данными могут быть, к примеру, web-сайты.

Модуль DVB-H подключаемый к "наладоннику"

Изложенную концепцию призван воплотить новый стандарт DVB-H (Digital Video Broadcasting-Handheld), ориентированный на мобильные терминалы с небольшим экраном и автономным питанием («наладонников»). К таким терминалам прежде всего относятся карманные компьютеры и мобильные телефоны. Этот стандарт, с одной стороны, можно считать прямым наследником стандарта DVB-T, с другой – расширением DVB-T для передачи данных IP пакетами на терминалы с небольшими экранами и автономным питанием. Поэтому одной из основных задач, решаемой стандартом, является задача снижения энергопотребления мобильных терминалов. В отличие от DVB-T, для компрессии видео и аудио- сигналов используется алгоритм MPEG 2, в DVB-H может быть использован алгоритм H.264/AVC или другой подходящий алгоритм. Этого достаточно для небольших экранов мобильных терминалов. Наконец, компрессированные данные представляются потоками IP пакетов. Это позволяет использовать алгоритм энергосбережения. Более подробно о технических деталях DVB-H и о «взаимоотношениях» стандартов DVB-H и DVB-T см. Приложение.

Кроме отмеченных отличий DVB-H от DVB-T, в стандарте регламентирована идеология «бесшовного» перехода мобильного абонента из зоны покрытия одного передатчика в зону покрытия другого передатчика в одночастотной сети передатчиков. Этот напоминает «рукопожатие» «Handover» между мобильным телефоном и базовой станцией в мобильной связи. Более того, идеология предоставления сервисов на основе пакетной передачи данных в DVB-H (IP DataCasting, IPDC) находится в русле идеологии пакетной передачи данных (General Packet Radio Service, GPRS) в сетях мобильной связи. Более того, документами DVB рассматриваются сервисы совместно с сетями GSM (DVB-H+GSM). Однако IPDC использует телевизионный канал и сложность реального внедрения технологии DVB-H на терминалы операторов мобильной связи состоит в том, что телевизионные каналы выделяются в метровом и дециметровом диапазоне волн. Отсюда вытекают организационные сложности совместного использования оператором, по сути, двух сетей в разных частных диапазонах: DVB-H и GSM (или CDMA). Поэтому неудивительно, что собрать за один стол телевизионных вещателей и операторов мобильной связи оказывается сложной задачей. Этот факт отмечался на прошедшей в августе 2005 года в Таллине конференции по мобильному телевидению (см. материал «Мобильное телевидение – модель будущего» в журнале ТелеМультиМедиа), подтвердила его и конференция CSTB-2006. Впрочем, возможно, и потому, что к настоящему времени технология DVB-H хотя и прошла большой путь, всё же находится в фазе тестирования.

Жерар Фариа Исполнительный директор компании TeamCast

К началу 2006 года в мире закончено и/или находится в стадии выполнения несколько пилотных проектов по тестированию стандарта DVB-H. Выделим проекты в Германии (Берлин), Финляндия (Хельсинки и Турку), США (Питсбург), Англии (Окфорд). О результатах испытаний на конференции CSTB-2006 рассказал исполнительный директор компании TeamCast Жерар Фариа (G. Faria). В отличие от DVB-T, при планировании сетей DVB-H необходимо учитывать те же явления, что и в сетях мобильной связи. Во-первых, приём сигнала осуществляется антенной с небольшим коэффициентом усиления на уровне 1.5 метра от земли. Во-вторых, существуют трудности приёма сигнала внутри автомобилей и помещений. Поэтому, при прочих равных условиях, радиус уверенного приёма сигнала в сети DVB-H в несколько раз меньше радиуса приёма сигнала в сети DVB-T. Результаты исследований показали, что разница в требуемых уровнях сигнала уверенного приёма может достигать 20 дБ. В этой связи, стандарт DVB-H, использует дополнительный в сравнении с DVB-T, алгоритм помехоустойчивого кодирования на уровне IP пакетов. Использование этого алгоритм позволяет снизить требуемый уровень сигнала на 5-6 дБ в движущемся автомобиле. Дополнительно о результатах испытаний можно прочитать в статье, опубликованной в январском номере 2006 года журнала Proc. IEEE (DVB-H: Digital Broadcast Services to Handheld Devices, G. Faria, J. A. Henriksson, E. Stare, and P. Talmola, Proc. IEEE, vol.94, no. 1, pp.194-209, Jan. 2006). Эта статья свободно доступна по адресу www.dvb-h-online.org/technology.htm.

Майк Шот Вице-президент компании R+D, O2 pls и председатель Mobile Data Association

О проекте в Англии на конференции CSTB-2006 рассказал вице-президент компании R+D, O2 pls и председатель Mobile Data Association Майк Шот (Mike Short). С сентября 2005 года по февраль 2006-го пилотный проект с использованием терминалов DVB-H+GSM был реализован компанией Oxford Mobile TV. В эксперименте приняли участие 400 абонентов. В качестве услуги им предоставлялась возможность приёма 16 телеканалов известных «брендов». При этом специальной адаптации программ этих телеканалов для мобильных терминалов не производилось. В результате эксперимента был сделан следующий вывод: разумной ценой за такую услугу абоненты считают 20 евро.

В России испытаний стандарта DVB-H не проводится. Позиция отечественной промышленности по внедрению стандарта DVB-H на конференции CSTB-2006 была озвучена вице-президентом ОАО «Телеком» Калью Кукком. Сегодня имеется документ под названием «Разработка оборудования для многофункциональных интерактивных сетей с целью передачи мультимедийной информации на основе новейшей технологии для мобильных терминалов по стандарту DVB-H». Срок исполнения – 2008 год. Под «оборудованием» понимается передающее оборудование для одночастотных синхронных сетей, обслуживающих мобильные терминалы. В качестве прототипа такой сети был приведен пример сети DVB-T в Мордовии. Разработка переносных мобильных терминалов нашей промышленностью не планируется. Будет лишь рассмотрена возможность создания автомобильных приёмных устройств в режимах DVB-T и DVB-H. Наконец, по словам К. Кукка, в упомянутом выше документе термин «DVB-H» носит условное название, поскольку существующий стандарт DVB-H требует дальнейшего совершенствования с целью оптимизации построения синхронных сетей и использования частотного ресурса.

Наконец, о США. В конце января 2006 года был создан альянс Mobile DTV Alliance для продвижения стандарта мобильного телевидения DVB-H в Северной Америке. Среди членов альянса – Intel, Modeo, Motorola, Nokia, Texas Instruments. В результате можно констатировать, что в США совместно с эфирным цифровым телевидением высокой чёткости в стандарте ATSC разворачивается проект мобильного телевидения на основе стандарта DVB-H.

В начале 2006 года самый мощный в мире производитель процессоров обработки сигналов, компания Texas Instruments, анонсировала микросхемы для приёма сигнала стандарта DVB-H (и японского стандарта ISDB-T для диапазона 470-770 MГц). Приёмник DTV1000 для DVB-H поддерживает дециметровый диапазон 470-750 MГц и диапазон 1.670-1.675 ГГц (L-диапазон). Для какой цели нужны чипы для L-диапазона? В Питсбурге развёрнут проект Croun Castle испытаний DVB-H именно для диапазона L, причём с использованием каналов с полосой частот 5 МГц (см. Приложение). Цель проекта – охват мобильным телевидением всей территории США. Конкурирующим проектом в США является проект компании Qualcomm с собственной технологией, получившей название MediaFlO.

От DAB к DMB

Цифровой стандарт DAB (Digital Audio Broadcasting) создан в начале 90-х годов прошлого века и изначально был предназначен для доставки радиовещательного сигнала на мобильные (автомобильные) приёмники. Существует наземная (Terristrial) и спутниковая (Sattelite) версии стандарта DAB, которые получили название T-DAB и S-DAB соответственно. Последняя, однако, не получила широкого распространения в мире. Поэтому в дальнейшем, под DAB будем понимать наземную (эфирную) версию стандарта, предназначенную для доставки сигнала в III (УКВ) диапазоне. Стандарт условно можно разделить на две части: технологию оцифровки и сжатия звукового сигнала и технологию передачи этого сигнала (стандарт ETSI 300 401). Последняя технология включает помехоустойчивое кодирование и модуляцию высокочастотного сигнала. В DAB, как и DVB-T/H, используется метод формирования сигнала с большим числом несущих частот. Метод носит название метода с ортогональным частотным разделением и мультиплексированием (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). Однако число несущих частот и полоса частот в DAB меньше, чем в DVB-T/H. Полоса частот канала DAB примерно 1.7 MГц.

К 2006 году стандарт DAB используется в 40 странах мира. В общей сложности он применятся для доставки около 1000 радиопрограмм. В России ещё в 1999-ом г. в диапазоне был выделен диапазон 174-240 МГц для испытаний радиовещания по стандарту DAB. Срок окончания испытаний был намечен на 2004-ый год, после чего перенесён на 2006-ой год.

Серена Венто Директор по развитию бизнеса WorldDAB Forum

Наибольшее распространение стандарт получил в Англии. Здесь ещё в 1994 году для развёртывания цифрового радиовещания в стандарте DAB был выделен частотный диапазон частот в УКВ диапазоне, а с 1995-го приёмники появились в продаже. На начало 2006 года в этой стране 3 млн. человек используют приёмники стандарта DAB. В продаже имеются 250 различных типов приёмников DAB стоимостью около 35 евро (50 фунтов). По прогнозам, к 2010 году в Англии такие приемники будут использовать 20 млн. человек, а в континентальной Европе – 60 млн. Эти цифры на конференции CSTB-2006 были приведены директором по развитию бизнеса WorldDAB Forum Сереной Венто (Serena Vento). Форум World Dab Forum (www.worlddab.org) в настоящее время состоит из 100 членов из 30 стран мира.

Приёмник стандарта DAB

Обратим внимание на следующий факт. В 2004 году уже упоминавшийся самый мощный в мире производитель процессоров обработки сигналов, компания Texas Instrument, выпустила микросхему, совмещающую в себе приёмник сигнала T-DAB и модем GSM. И это изделие позиционировалось для приложений «мобильный Интернет». В 2005 году Texas Instrument совместно с компанией RadioScape объявила о выпуске универсального модуля для стандартов DAB и DRM (Digital Radio Mondiale) – стандарта цифрового радиовещания в коротковолновом диапазоне. Применительно к развитию технологии DAB эти факты были на первом месте год назад во многих средствах массовой информации, а также на прошлогодней конференции CSTB-2005.

Однако основной вектор развития событий был направлен в сторону «корейского феномена». Относительно давняя история стандарта DAB и, как следствие, наличие инфраструктуры (передатчиков, приёмников и частотного ресурса) подготовили почву для другого, «мультимедийного шага». Концепция использования оборудования DAB стала рассматриваться как технология доставки различных видов данных на мобильные приёмники с небольшим экраном. В октябре 2004 года компаниями Samsung и LG Electronics были продемонстрированы терминалы, сочетающие технологию DAВ и CDMA. Эта технология получила название DMB (Digital Multimedia Broadcasting). C 2004 года в Южной Корее проводились испытания технологии DMB.

Сущность технологии лежит на поверхности. Для сжатия видеосигнала может быть использована любая технически подходящая технология: MPEG4, H.264, Windows Media и т.п. Цифровые аудио- и видиосигналы могут быть мультиплексированы в один мультимедийный высокоскоростной транспортный поток. Для этого естественно использовать оборудование DVB, в результате чего формируется транспортный поток MPEG 2 TS. Применительно к DAB эта технология мультиплексирования и получила название DMB. Соответственно, и терминалы (мобильные телефоны и PDA) можно назвать терминалами DMB. Иногда, впрочем, сочетание двух технологий обозначается как DAB&DMB, DAB-DMB и т.п.

Конкретные цифры по внедрению технологии в Южной Корее на конференции CSTB-2006 были приведены представителем отдела бизнеса Samsung Telecommunication Europe Энтони Парком (Anthony Park).

1 мая 2005 года корейская корпорация TU Media начала трансляцию 7 видеоканалов и 20 аудиоканалов на автомобильные приёмники. Скорость передачи данных в транспортном потоке составляла 1.5 Мбит/с. На мобильные абонентские терминалы стандарта CDMA доставка сигнала c мультимедийными данными осуществлялась в основном непосредственно со спутника в S-диапазоне, частично – путём ретрансляции спутникового сигнала Ku-диапазона в S-диапазон. По этой причине терминалы получили название S-DMB (Satttellite), хотя более точно их следует назвать S-DMB+CDMA. Использовался спутник MBSat компаний Mobile Broadcasting и SK Telecom, который также осуществляет доставку сигнала для абонентов в Японии. (Об этом проекте см. также материал «Система доступа для корейского проекта мобильного ТВ» в журнале ТелеМультиМедиа.) На начало 2006 года в Корее услугой мультимедийного спутникового вещания пользуются 400 абонентов.

1 декабря 2005 года в Сеуле начато предоставление мультимедийного вещания с использованием наземной технологии DMB (T-DMB) на коммерческой основе. Услуги начали предоставлять сразу 6 операторов мобильной связи, работающие в стандарте CDMA. Каждый из операторов предоставил своим абонентам 4-5 сервисов в канале DAB. В общей сложности всеми операторами было предоставлено 7 телеканалов, 13 аудиоканалов и 9 каналов передачи данных для загрузки web-страниц. На начало 2006 года продано 100 тысяч телефонов DMB. В среднем один абонент пользуется услугой 60 минут в день. В 2007 году планируется охват всей территории Южной Кореи мобильным сервисом на основе DBM.

В основе такого успеха – возможности компаний Samsung, LG Electronics, Perstel выпустить на рынок телефоны DMB в массовом масштабе. Немаловажную роль и сыграла компания Frontier Silicon, на долю которой приходиться 70рынка микросхем DMB для «наладонников». В общей сложности компанией выпущено 3 млн. таких микросхем. В середине 2006 года компанией намечен выпуск микросхем, поддерживающих как T-DMB, так и DVB-H. Об этом на конференции CSTB-2006 было заявлено представителем компании Frontier Silicon Шоном Митчеллом (Sean Michell).

Вслед с Южной Кореей были развёрнуты проекты внедрения технологии DMB в Китае, Тайване, Гонконге. В конце 2005 года было достигнуто соглашение между компанией Samsung и двумя китайскими операторами о поставке 500 тысяч мобильных телефонов DMB.

Всего в мире на начало 2006 года насчитывается 18 пилотных проектов по внедрению технологии DMB на основе существующей наземной вещательной инфраструктуры DAB. Для сжатия составляющих мультимедийного транспортного потока в качестве основной рассматривается технология MPEG 4.

Данные о европейских проектах внедрения технологии DMB конференции CSTB-2006 были приведены директором по развитию бизнеса WorldDAB Forum Сeреной Венто (Serena Venta).

В Европе основные проекты развёрнуты в Германии, Франции, Норвегии, Голландии, Финляндии, Англии и Италии. Лидером в этом процессе является Германия, где развёрнуто 4 пилотных проекта. Основные испытания в этой стране намечены на период проведения Чемпионата мира по футболу в июне 2006 года.

В Англии с сентября 2005 года развивается мультимедийный проект BT Movia компании BT. Главный аргумент компании – существование развитой сети и мобильных терминалов DAB. Для доставки информации на терминал абонента используется протокол Интернет (IP). Поэтому такую технологию можно назвать DAB&DMB-IP. На начало 2006 года в проекте принимают участие 1000 абонентов, которые имеют возможность выбора 50 сервисов в нескольких каналах DAB.

Проблемы частотного планирования

В июне 2006 года должна состояться региональная конференция, в ходе которой для Района 1 (Европа, Африка, страны СНГ) будут разработаны частотные планы цифрового вещания по стандарту DVB-T. Работа сетей DVB-H должна производиться в рамках этих планов.В Европе для III-го диапазона (174-240 МГц) большинство стран ориентируются на телевизионные каналы с полосой 7 МГц. Наши соседи – Литва, Латвия, Эстония, Польша, Украина, Швеция и Финляндия – уже заявили об использовании каналов с полосой 7 МГц. Поэтому при наличии телевизионных каналов в России с полосой 8 МГц, на границе с этими странами, возможны проблемы внедрения цифрового телевидения. Немаловажным является о тот факт, что одном телевизионном канале с полосой 7 МГц укладывается 4 канала DAB. В результате был сделан вывод: для России предпочтительнее использование каналов с полосой частот 7МГц. Об этом на конференции CSTB-2006 сообщил начальник отдела ФГУП НИИР В. Дотолев.

Заключение

Субъективное мнение автора о тенденции развития современной цифровой связи следующее. Приходит осознание простого факта: при передаче информации, представленной в цифровом виде, нет большого смысла в названии содержания этой информации. Технологии Digital Video Bradcasting и Digital Audio Bradcasting, изначально предназначенные для видео и аудио, вполне могут поменяться ролями. Вопрос лишь в полосе частот. В DVB уже стало 4 возможных полосы частот. Возможно, придёт время – будет 5-я полоса. В связи с этим хочется обратить внимание и на название Integrated Services Digital Broadcasting (ISDB-T) и на мудрость, которая стоит за этим названием японского универсального стандарта. Стандарт действительно предоставляет решение при требуемой сервисом полосе частот. И сегодня на правительственном уровне принято решении о выделении одного из 13 частотных сегментов для сервиса мобильного телевидения.

Приложение. Детали стандарта DVB-H

Стандарт DVB-H, с одной стороны, можно считать наследником стандарта DVB-T, с другой – расширением DVB-T для передачи данных IP пакетами на терминалы с небольшим экраном и автономным питанием.

Для инкапсуляции IP пакетов в транспортный поток DVB разработан протокол, называемый MultiProtoсol Encapsulation (MPE). При этом каждому сервису (видео-, аудиоданные) соответствует поток пакетов. Если приёмник абонента настроен лишь на один из этих сервисов, то он может «просыпаться» лишь на время передачи пакета своего сервиса, а в остальное время «спать». Этим достигается экономичный режим работы приёмного устройства и экономия питания. К примеру, пусть скорость сервисного потока 250 кбит/с, а скорость транспортного потока (Transport Stream, TS) – 10 Мбит/c. Значит, абонентский приёмник должен просыпаться лишь на время, составляющее 2.5от общего времени передачи транспортного потока. Такой режим «нарезки времени» (Time Slicing) детально разработан в рамках стандарт DVB-H.

Рис. 1. Иллюстрация концепции DVB-H

На рис. 1 представлена иллюстрация концепции DVB-T/H. На передающей стороне сервисные данные в виде IP пакетов мультиплексируются с MPEG-2 TV потоками телевизионных программ в единый транспортный поток TS мультиплекcором (MUX). Модулятор DVB-T формирует модулированный радиочастотный (Radio Frequency, RF) сигнал и передаёт его по каналу (Channel). На приёмной стороне демодулятор DVB-T и деинкапсулятор DVB-H выделяют IP пакеты определённого сервиса.

Новые (New to DVB-H) в сравнении с DVB-T элементы на рис. 1 выделены серым цветом. Видно, что, помимо упомянутого режима Time Slicing, новыми являются режим 4K (3409 несущих частот), регламентированный приложением F документа EN 300 744 (DVB-T). Новым также является дополнительный режим помехоустойчивого кодирования MPE-FEC (Forward Error Correction) при инкапсуляции IP пакетов. Использование этого режима не является обязательным. Передача информации приёмнику об использовании режима MPE-FEC производится сервисными битами (Transmitter Parameter Signaling, TPC). Детали MPE-FEC и его эффективность приведены в статье, опубликованной в январском номере 2006 года журнала Proc. IEEE (DVB-H: Digital Broadcast Services to Handheld Devices, G. Faria, J. A. Henriksson, E. Stare, and P. Talmola, Proc. IEEE, vol.94, no.1, pp.194-209, Jan. 2006). Эта статья свободно доступна по адресу www.dvb-h-online.org/technology.htm.

Акцентируем внимание, однако, на один из результатов статьи. При режиме MPE-FEC используется код Рида-Соломона (255,191) со скоростью 191/255≈3/4. Код, образованный каскадным соединением этого кода со свёрточным кодом со скоростью 2/3, имеет скорость (3/4)*(2/3)=1/2. Свёрточный код всегда используется в DVB-T/H. В этой связи вопрос: не достаточно ли лишь одного свёрточного кода со скоростью 1/2 без MPE-FEC? Результаты нескольких лет лабораторных и полевых исследований свидетельствуют: при мобильном приёме в автомобиле на высокой скорости технология MPE-FEC позволяет снизить требуемую мощность сигнала на 5-6 дБ.

Ещё одно расширение DVB-H в сравнении с DVB-T заключается в следующем. В режимах 2K и 4K есть возможность регулирования глубины перемежения между битами, принадлежащими разным OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) символами.

Наконец, укажем на приложение G документа EN 300 744 (DVB-T). Им регламентируется частотный канал шириной 5 МГц в дополнении к ранее рассматриваемым стандартом каналам шириной 8, 7 и 6 МГц. Канал шириной 5 МГц планируется использовать при развёртывании сервисов DVB-H в США в L-диапазоне (1.670-1.675 ГГц).